ANÁLISE DA CORRELAÇÃO ENTRE A MACROTEXTURA E O COEFICIENTE
DE ATRITO EM PAVIMENTOS AEROPORTUÁRIOS
Claudio Inon Farias Bezerra Filho
Francisco Heber Lacerda de Oliveira
Universidade de Fortaleza
Centro de Ciências Tecnológicas
RESUMO
Existe uma preocupação geral com a segurança das aeronaves durante as operações de pouso e decolagem,
principalmente com aeronaves a jato em altas velocidades, tornando as características das pistas fatores
importantes para a segurança de voo. A macrotextura e o coeficiente de atrito das pistas de pouso e decolagem
são os principais fatores analisados pelos operadores de aeródromos no Brasil e em diversos outros países,
conforme recomendações da Organização da Aviação Civil Internacional. Este trabalho tem como objetivo
realizar a análise da correlação entre esses dois fatores na pista de pouso e decolagem do Aeroporto Internacional
Pinto Martins, localizado em Fortaleza, no estado do Ceará, entre os anos de 2011 e 2012. Verifica-se que existe
uma correlação entre a macrotextura e o coeficiente de atrito, mas o resultado pode ser considerado
insatisfatório, em virtude de uma grande variação nos valores analisados.
ABSTRACT
There is a general concern about the safety of the aircraft during landing and takeoff, especially with jet aircraft
at high speeds, making the characteristics of the runways important factors for the safety of flight. The
macrotexture and coefficient of friction of runways and runway are the main factors analyzed by aerodrome
operators in Brazil and several other countries, as recommended by the International Civil Aviation
Organization. This work aims to conduct an analysis of the correlation between these two factors in landing and
takeoff from Pinto Martins International Airport, located in Fortaleza, in state of Ceará, between the years 2011
and 2012. There is a correlation between the coefficient of friction and the macrotexture, but the result can be
considered unsatisfactory because of a large variation in the analyzed values.
1. INTRODUÇÃO
O constante crescimento da economia mundial gera a necessidade de movimentação de
pessoas e mercadorias de forma cada vez mais rápida. Sabendo-se que o avião é o modal de
transporte mais rápido para esse deslocamento, o aumento do porte das aeronaves e uma
maior quantidade de voos presente e utilizando os aeroportos é inevitável.
Por serem localizados, em grande parte, em uma zona tropical, vários aeroportos brasileiros
estão sujeitos à ocorrência de chuvas intensas. Isso torna-se um fator de grande contribuição
para a diminuição da segurança das aeronaves nas operações de pouso e decolagem, uma vez
que a aderência entre os pneus das aeronaves e a superfície das pistas diminui com o aumento
da quantidade de água existente sobre essas pistas.
Como a maior parte dos aeroportos brasileiros já estão instalados e em operação e o
crescimento desordenado das cidades fez com que áreas antes reservadas para o aumento das
pistas de pouso e decolagem fossem diminuídas ou mesmo perdidas, as aeronaves modernas,
maiores e mais rápidas, precisam pousar em pistas pequenas, onde a manutenção das
condições dos revestimentos passa a ser um dos principais auxílios ao processo de frenagem.
A falta ou a inadequada manutenção nos pavimentos aeroportuários proporciona uma menor
aderência pneu-pavimento, uma maior distância necessária para a frenagem, ao mesmo tempo
em que aumenta a probabilidade de derrapagem das aeronaves.
Com esses dois principais fatores, chuvas intensas e falta de manutenção, é preciso que a
drenagem superficial seja eficiente, para que a lâmina d’água sobre a pista não exista e a
aderência pneu-pavimento seja a máxima possível, sobretudo em dias de chuva. A execução e
a manutenção de uma macrotextura adequada, associada a um efetivo coeficiente de atrito nas
pistas de pouso e decolagem, faz com que a drenagem superficial seja eficaz e, por
consequência, reduzam-se os acidentes e/ou incidentes sobre essas pistas.
Estatísticas da Boeing (2012) mostram que, de 2002 a 2011, 10% dos acidentes fatais
envolvendo aeronaves ocorreram durante as fases de decolagem. Quando se somou as
estatísticas de acidentes fatais durante os pousos nessa mesma época, a porcentagem atingiu
cerca de 20%. De acordo com a base de dados da Aviation Safety Network (ASN, 2013),
serviço exclusivo da Flight Safety Foundation, no período de 1965 a 2005, ocorreram em todo
o mundo, devido a chuvas fortes, sete acidentes sérios que resultaram em 154 vítimas fatais.
Diante deste cenário, as atividades de conservação e manutenção dos pavimentos
aeroportuários devem ser realizadas de maneira que as características de macrotextura e de
coeficiente de atrito atendam às exigências legais necessárias para a segurança das operações
de pouso e decolagem das aeronaves. Nesse sentido, este trabalho objetiva analisar a
existência de correlação entre os valores de macrotextura e do coeficiente de atrito de pistas
de pouso e decolagem. Para melhor fundamentar a análise, utilizaram-se os dados de ensaios
realizados no Aeroporto Internacional Pinto Martins, localizado em Fortaleza, estado do
Ceará, entre os anos de 2011 e 2012.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. Macrotextura
A textura de um pavimento, na opinião de Bernucci et.al. (2008), é o foco principal de
avaliações e levantamentos, já que é um dos mais importantes aspectos relacionados à
aderência pneu-pavimento que os engenheiros podem interferir.
Rodrigues Filho (2006) define que a textura da superfície de um pavimento é o conjunto de
características associadas à capacidade do pavimento em atender ao tráfego de forma segura,
suave, confortável e econômica.
A principal maneira de se caracterizar a superfície de um pavimento é através da avaliação da
sua textura superficial. São reconhecidas quatro escalas de textura superficial que dependem
do comprimento de onda ou distância entre dois picos ou depressões na superfície do
pavimento, conforme indicado por ASTM (2006) na Tabela 1.
Tabela 1: Classificação da textura superficial
Classificação da textura
Faixa de comprimento de onda
Microtextura
0 – 0,5 mm
Macrotextura
0,5 mm – 50 mm
Megatextura
50 mm – 500 mm
Irregularidade
0,5 m – 50 m
A microtextura, segundo Rodrigues Filho (2006), é caracterizada pelo grau de rugosidade ou
aspereza individual da superfície das partículas do agregado que compõem a mistura asfáltica
ou de Concreto de Cimento Portland da camada de revestimento. A microtextura do
pavimento não é visível a olho nu, mas pode ser percebida através do tato.
A macrotextura refere-se, de acordo com a Federal Aviation Administration (FAA, 2007), à
visível e pequena irregularidade da superfície do pavimento, que tem a função primária de
formar uma trilha natural para facilitar o escoamento da água presente sobre os revestimentos
quando da passagem dos pneus das aeronaves nas pistas.
Na opinião de Rodrigues Filho (2006), a macrotextura é caracterizada pelo tamanho do
agregado usado na mistura, pela faixa granulométrica que prevalece no agregado e pela
quantidade de vazios existentes na estrutura do pavimento, sendo o principal responsável pela
drenagem superficial da água da chuva.
A Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC, 2012) classifica a macrotextura de acordo com
a profundidade da textura, conforme apresentado na Tabela 2, sendo que o operador de
aeródromo deve manter a profundidade da macrotextura com índice maior ou igual a 0,60 mm
para pista de pouso e decolagem em operação no território brasileiro.
Tabela 2: Classificação da macrotextura
Profundidade da textura – P (em mm)
Classificação
P < 0,2
Muito fechada
0,2 < P < 0,4
Fechada
0,4 < P < 0,8
Média
Aberta
0,8 < P < 1,2
P > 1,2
Muito aberta
Em pavimentos asfálticos, como afirma Oliveira (2009), o tamanho e a granulometria dos
agregados com microtextura áspera são fundamentais para uma boa macrotextura. Uma
macrotextura fechada não proporciona uma drenagem adequada para um eficiente contato
pneu pavimento. Por conta da diminuição da quantidade de água na superfície, a
probabilidade da ocorrência de hidroplanagem se torna menor e a interação pneu-pavimento
torna-se mais evidente, contribuindo para operações mais seguras.
Segundo APS (2006), a superfície de um pavimento pode ser classificada, em função da
microtextura e macrotextura, em quatro tipos, de acordo com a Figura 1.
Figura 1: Classificação da superfície em função do tipo de textura superficial
A hidroplanagem, para Rodrigues Filho (2006), é muito influenciada pela macrotextura do
pavimento. A espessura da lâmina d’água, necessária para a ocorrência de hidroplanagem, é
maior para pavimentos com macrotextura aberta e menor em pavimentos com macrotextura
fechada. Isso ocorre porque a macrotextura aberta forma canais entre os agregados,
facilitando a drenagem da água que ficaria na área de contato entre o pneu e o pavimento. A
possibilidade de ocorrência de hidroplanagem pode ser diminuída se a pista possuir uma
macrotextura suficientemente aberta.
Segundo o Instituto Nacional de Aviação Civil (INAC, 2013), a megatextura tem
comprimento de onda da mesma ordem de grandeza que a interface pneu-pavimento. É
comumente definida como irregularidade, defeitos ou ondulação do pavimento. Situa-se na
faixa de 50 a 500 mm de comprimento de onda e de 0,1 a 500 mm de amplitude.
A irregularidade refere-se aos desvios de dimensão maiores à megatextura, e afeta a
resistência ao rolamento, a dinâmica do veículo, a qualidade ao rolamento e o custo
operacional dos veículos, como afirma Rodrigues Filho (2006). A Figura 2 ilustra de modo
resumido as quatro escalas de textura superficial
Figura 2: Escalas de textura superficial
2.2. Coeficiente de atrito
Informações da Organização de Aviação Civil Internacional (ICAO, 2002) mostram que as
características de atrito das pistas de pouso e decolagem são, pelo menos, uns dos fatores
contribuintes para a ocorrência de acidentes e incidentes relacionados à derrapagem ou saída
das aeronaves das pistas.
O coeficiente de atrito é ainda definido pela ICAO (2002), como a relação entre a força
tangencial necessária para manter um movimento relativo uniforme entre as duas superfícies
em contato (pneus e pavimento) e a força perpendicular que as mantêm em contato (peso
distribuído do avião sobre a área dos pneus do avião).
O atrito entre a superfície das pistas aeroportuárias e os pneus das aeronaves, conforme Wells
e Young (2004), é o que permite a aceleração e a frenagem segura após os pousos. A ausência
ou diminuição do coeficiente de atrito das pistas de pouso e decolagem pode ocasionar a
necessidade de uma distância de frenagem maior, assim como ocorrências de derrapagem e
deslizamento da aeronave.
A aderência pneu-pavimento, para Souza et. al. (1994), depende da força de atrito resultante
do contato entre a superfície dos pneus das aeronaves e a superfície do pavimento. Dessa
forma, a presença de água sobre as pistas é um fator importante e negativo sob o ponto de
vista das seguranças das operações a ser considerado. A intensidade da força de atrito entre
duas superfícies é diretamente proporcional ao coeficiente de atrito e à força normal entre as
duas superfícies, força esta gerada pelo peso do veículo sobre a superfície.
Na opinião de Silva (2008), as forças de atrito pneu-pavimento são de grande importância
para a segurança na operação das aeronaves, principalmente em pistas curtas, onde a extensão
disponível é próxima da operacional requerida pela aeronave.
Bernucci et. al. (2008) explica que a hidroplanagem ocorre quando os pneus e o pavimento
perdem o atrito devido à presença de um filme de água existente entre a superfície de contato
dos dois. Nessa situação o pneu perde a interação com a superfície do pavimento e passa a
escorregar sobre ela. A manutenção de características adequadas para a drenagem superficial
do pavimento é essencial para evitar a hidroplanagem e manter o contato entre as superfícies
do pneu e do pavimento, garantindo, assim, o atrito entre os dois.
A ANAC (2012) define dois níveis para o coeficiente de atrito, o nível de manutenção e o
mínimo. Quando são obtidos valores menores que os indicados no nível de manutenção, a
pista deve sofrer ações que visam ao restabelecimento do coeficiente de atrito a um nível
maior ou igual ao de manutenção. O nível mínimo refere-se ao menor valor do coeficiente de
atrito para uma pista de pouso e decolagem quando molhada, em que o desempenho de
frenagem das aeronaves não é comprometido. A abertura ao tráfego aéreo condiciona-se a
medição e obtenção do coeficiente de atrito maior ou igual ao nível mínimo.
Os valores do coeficiente de atrito de manutenção e mínimo variam entre 0,36 a 0,60 e 0,24 a
0,50, respectivamente, e ambos dependem de vários fatores, como tipo de equipamento
utilizado para medição, tipo e pressão dos pneus do equipamento de medição, velocidade de
realização do ensaio e profundidade da lâmina de água simulada na pista (ANAC, 2012).
2.3. Relações entre variáveis
Segundo Money et al. (2005), quando existe uma ligação coerente e sistemática entre
variáveis, pode-se dizer que existe uma relação entre elas. A estatística é usada para analisar a
existência de uma associação entre variáveis. Existem técnicas, como a correlação, que
ajudam a determinar a existência de uma relação ordenada entre duas ou mais variáveis.
A melhor maneira de apresentar e analisar as relações existentes entre duas variáveis
quantitativas, na opinião de Moore e McCabe (2002), é por meio de um gráfico definido por
diagrama de dispersão. Nesse diagrama procura-se mostrar a relação entre duas variáveis
quantitativas medidas sobre os mesmos indivíduos. Os valores de uma das variáveis aparecem
no eixo horizontal, e os da outra variável situam-se no eixo vertical.
Na opinião de Cooper e Schindler (2003), os diagramas de dispersão fornecem um meio para
inspeção visual dos dados que uma lista de valores para duas variáveis não pode fornecer.
Tanto a direção como a forma de uma relação é transmitida pelo diagrama de dispersão.
Uma das formas de descrever ou explicar a relação entre as variáveis de um diagrama de
dispersão é através de um coeficiente de correlação, que resume o grau de relacionamento
entre as variáveis. Conforme Martins (2001), o coeficiente de correlação de Pearson é um
indicador de força de uma relação linear entre duas variáveis intervalares. O coeficiente (r) é
uma medida de associação que independe das unidades de medidas das variáveis. Os valores
de r variam entre -1 e +1, ou expresso em porcentagens, entre -100% e +100%. Quanto maior
a associação linear entre as variáveis, mais próximo de +1 ou -1 estará o valor de r e, quanto
menor a associação, mais próximo de 0. Martins (2001) mostra, ainda, que o cálculo do
coeficiente de correlação entre duas variáveis x e y, com um número n de amostras, é dado
pela Equação 1.
=
=
×
(1)
Onde o produto da diferença dos valores de x e y em relação as suas respectivas médias (Sxy),
o quadrado dos valores da diferença de x em relação a sua média (Sxx) e o quadrado dos
valores da diferença de y em relação a sua média (Syy) são calculados pelas Equações 2, 3 e 4,
respectivamente.
=∑
−
∑ ×∑
=∑
−
(∑ )
=∑
−
(∑ )
(2)
(3)
(4)
Moore e McCabe (2002) afirmam que, quando o coeficiente de correlação é calculado, ele
deve ser elevado ao quadrado para se ter uma melhor percepção da intensidade da associação.
Em uma correlação perfeita entre variáveis (r = -1 ou r = 1), os pontos do diagrama de
dispersão se dispõem exatamente sobre uma reta. Então r² = 1, o que indica que 100% de toda
variação de uma variável é explicada pela reação linear com a outra variável.
3. LEVANTAMENTOS E DADOS UTILIZADOS
O Aeroporto Internacional Pinto Martins, localizado em Fortaleza, estado do Ceará, segundo
descrição de Oliveira (2009), possui uma pista de pouso e decolagem, medindo 2.545 m de
comprimento, por 45 m de largura útil. Tem, ainda, 12 pistas de taxiamento de aeronaves,
todas de pavimento asfáltico e boa capacidade de suporte.
Os resultados usados nas avaliações da existência de correlação entre a macrotextura e o
coeficiente de atrito da pista de pouso e decolagem do aeroporto do estudo de caso desta
pesquisa foram obtidos seguindo as recomendações de ANAC (2012). Para realizar a análise
desta correlação, foram usados os resultados de ensaios realizados em abril, maio, julho e
outubro de 2011, janeiro e junho de 2012. A medição da macrotextura foi realizada através do
método da mancha de areia, que consiste no espalhamento de um volume conhecido de areia,
com granulometria especificada, sobre uma área da superfície do pavimento, formando um
círculo, para o qual se devem determinar a média dos diâmetros em três posições distintas,
conforme indicação da Figura 3. A profundidade da macrotextura é determinada mediante a
divisão do volume de areia pela área do círculo formado após o espalhamento da areia.
Figura 3: Medição da macrotextura – Método da Mancha de Areia
Para a medição do coeficiente de atrito, foi utilizado o equipamento Skiddometer, mostrado na
Figura 4 e descrito por Aflvélar (2013) como um reboque de medição contínua que pode ser
usado tanto no inverno como no verão. O reboque tem uma estrutura soldada apoiada por três
rodas em linha. As duas rodas laterais são para garantir a estabilidade do conjunto do reboque
e a roda intermediária, para fazer as medições do coeficiente de atrito.
Figura 4: Medição do coeficiente de atrito – Skiddometer
Considerando as características físicas e operacionais do referido aeroporto, ANAC (2012)
ainda recomenda que as medições dos ensaios apresentados anteriormente ocorram distantes a
3 m e a 6 m do eixo da pista e, no mínimo, uma vez de cada lado da pista, para cada distância
em relação ao eixo. Além disso, deve ser realizada iniciando-se pela cabeceira com maior
número de pousos, em toda a extensão operacional, excetuando-se os trechos para aceleração
e desaceleração do equipamento de medição.
4. CÁLCULO DA CORRELAÇÃO
Utilizando os resultados dos ensaios de macrotextura e do coeficiente de atrito, conforme
descrição do item anterior, foram calculadas, para cada relatório emitido pela Empresa
Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária – INFRAERO (2012), as correlações para trechos
distantes a 3 m e 6 m do eixo da pista, conforme indicado na Tabela 3.
Tabela 3: Correlação calculada para trechos a 3 m e 6 m do eixo da pista
Coeficiente de Correlação – r² (%)
Mês de realização
Ano
dos ensaios
3 metros
6 metros
Abril
36,20
13,80
Maio
13,80
18,70
2011
Julho
0,60
2,30
Outubro
1,30
0,07
Janeiro
0,22
30,30
2012
Junho
0,08
2,10
As Figuras 5 a 8 mostram os diagramas de dispersão gerados para os meses de abril de 2011 e
outubro de 2011, quando, durante as análises, foram encontradas, respectivamente, a maior e
menor correlação média.
r² = 36,20 %
abr/11 - 3 m
4,00
Macrotextura
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,65
0,67
0,69
0,71
0,73
0,75
0,77
0,79
0,81
Coeficiente de atrito
Figura 5: Diagrama de dispersão de abril de 2011 a 3 m do eixo da pista
r² = 13,80 %
abr/11 - 6 m
3,50
Macrotextura
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
Coeficiente de atrito
Figura 6: Diagrama de dispersão de abril de 2011 a 6 m do eixo da pista
r² = 1,30 %
Macrotextura
out/11 - 3 m
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
Coeficiente de atrito
Figura 7: Diagrama de dispersão de outubro de 2011 a 3 m do eixo da pista
r² = 0,07 %
out/11 - 6 m
2,50
Macrotextura
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
Coeficiente de atrito
Figura 8: Diagrama de dispersão de outubro de 2011 a 6 m do eixo da pista
5. ANÁLISE DOS RESULTADOS
Em agosto de 2011, foi iniciada a obra de recuperação do revestimento asfáltico da pista de
pouso e decolagem do Aeroporto Internacional Pinto Martins, a qual teve seu término em
setembro de 2012. Portanto, com exceção dos meses de abril, maio e julho de 2011, os demais
ensaios foram realizados durante a obra de recuperação do revestimento.
A Tabela 3 mostra que o mês de abril de 2011, na distancia de 3 m do eixo, possui a
correlação mais forte entre os meses analisados. A correlação mais fraca é observada no mês
de outubro de 2011, mês em que estava sendo executada a obra recuperação do revestimento
asfáltico da pista de pouso e decolagem, conforme mencionado anteriormente.
Analisando os valores do coeficiente de correlação (r²) obtidos para os meses que
antecederam a obra de recuperação do revestimento asfáltico (abril, maio e julho de 2011),
com exceção de julho de 2011, observa-se que apresentam correlações mais fortes que os
resultados obtidos nos outros meses.
Analisando os valores obtidos para as distâncias de 3 m e 6 m, pode-se observar que a
correlação encontrada para a distância de 3 m é menor que a encontrada para a distância de
6m. O fato de a faixa de 3 m estar localizada mais próxima da área de contato entre os pneus
da grande maioria das aeronaves de pequeno e médio porte que utilizam a pista de pouso e
decolagem do mencionado aeroporto pode ter influenciado nos resultados, já que nessa área é
onde se encontra uma maior quantidade de borracha impregnada sobre o revestimento,
oriunda dos pneus das aeronaves durante os pousos, conforme já descreveu Oliveira e Nobre
Júnior (2009). Tal ocorrência pode ter causado alguma alteração sobre os valores dos ensaios
de macrotextura e coeficiente de atrito.
De maneira geral, os coeficientes de correlação (r²) encontrados para os meses de outubro de
2011, janeiro e junho de 2012, podem ter sido influenciados pela obra de recuperação do
revestimento asfáltico da pista de pouso e decolagem do Aeroporto Internacional Pinto
Martins. O fato de ter sido usado um novo traço (granulometria) diferente do original na
composição da mistura asfáltica usada na obra de recuperação da pista, talvez tenha
influenciado na obtenção de resultados que não apresentaram uma forte correlação.
6.
CONCLUSÕES
Esta pesquisa não encontrou elementos suficientes para confirmar que a obra de recuperação
da camada asfáltica do revestimento da pista de pouso e decolagem do Aeroporto
Internacional Pinto Martins realmente influenciou nos resultados encontrados para o
coeficiente de correlação para os meses de outubro de 2011, janeiro e junho de 2012.
Além disso, é possível que o fato de o coeficiente de atrito ser medido de forma contínua e a
macrotextura de forma pontual, tenham gerado a falta de uma correlação forte entre essas
duas variáveis. Com os dados utilizados neste estudo, verificou-se que não existe uma forte
correlação linear entre a macrotextura e o coeficiente de atrito. Portanto, diante dos dados
analisados, uma boa macrotextura não necessariamente gera um bom coeficiente de atrito.
Analisar a influência da nova camada asfáltica experimental usada na obra de recuperação nos
resultados obtidos nos ensaios de macrotextura e do coeficiente de atrito, é sugerido como
continuidade desta pesquisa, tendo em vista que essa nova camada pode ser a causa da fraca
correlação encontrada nesta pesquisa. Sugere-se também a análise dos valores estudados em
pistas de pouso e decolagens de outros aeroportos.
Por mais que a macrotextura não tenha uma correlação matemática forte com o coeficiente de
atrito, ela ainda é importante para a drenagem superficial da pista de pouso e decolagem, o
que favorece a segurança das operações das aeronaves.
Mesmo que as medições de macrotextura de uma pista estejam de acordo com a legislação
nacional vigente, para manter um coeficiente de atrito satisfatório, recomenda-se que cuidados
sejam tomados sobre outros aspectos presente nas pistas, como a quantidade de borracha
acumulada e sua adequada remoção em períodos regulares.
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Claudio Inon Farias Bezerra Filho ([email protected])
Francisco Heber Lacerda de Oliveira ([email protected])
Universidade de Fortaleza – UNIFOR.
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