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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Ullyano Souza Miranda DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA Anápolis Fevereiro – 2015 Ullyano Souza Miranda DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA Trabalho de Curso 2, apresentado à banca examinadora do Curso de Engenharia Civil - UEG, como exigência para aprovação na disciplina de TC-2, sob orientação do Profº Dr. Benjamim Jorge Rodrigues dos Santos Anápolis Fevereiro – 2015 FICHA CATALOGRÁFICA REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA MIRANDA, U. S. Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis de Aeroportos: Aplicação do Método da FAA. TCC, Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, GO, 76p. 2015. CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Ullyano Souza Miranda TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO: Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis de Aeroportos: Aplicação do Método da FAA. GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2015 É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias deste TCC, emprestá-las e divulga-las somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste TCC pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. _______________________________ Ullyano Souza Miranda 75240-000 - Bela Vista de Goiás/GO-Brasil ullyano@hotmail.com MIRANDA, ULLYANO SOUZA Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis de Aeroportos: Aplicação do Método da FAA, [Goiás] 2015. xiv, 76P, 297mm (Universidade Estadual de Goiás, Bacharel, Engenharia Civil, 2015) TCC - Universidade Estadual de Goiás / Orientador: Benjamim Jorge R. dos Santos Curso de Engenharia Civil 1. Aeroportos 2. Pavimentos flexíveis 3. Métodos da FAA 4. Dimensionamento 5. FAARFIELD 6. Aeródromos Ullyano Souza Miranda DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA Trabalho de Curso 2 apresentado e aprovado no dia __ de fevereiro de 2015 pela seguinte Banca Examinadora: ____________________________________________ Profº Dr. Benjamim Jorge Rodrigues dos Santos ____________________________________________ Profº Henrique Steckelberg Sobrinho ____________________________________________ Profº MSc. Eder Chaveiro Alves iv “Abra os olhos para ver o muro em que você estagnou. E a partir daí, crie um nova engenharia de pensamentos para enxergar além desse muro, e assim, terás novas perspectivas” Maurício Nuper v DEDICATÓRIA Dedico a todos que ajudaram de alguma maneira a concretizar este trabalho, contribuindo de forma a aprimorar os meus conhecimentos e não me deixando desanimar. vi AGRADECIMENTOS A Deus, por estar ao meu lado a cada dia e por ter dado sabedoria, calma e paciência, muita paciência; Aos meus pais, por estarem do meu lado sempre que preciso, apoiando sempre, independente das circunstâncias; Ao Orientador, que tanto ajudou, disponibilizando seu tempo para orientar e desorientar, acompanhando sempre o trabalho; Aos professores, que contribuíram e continuam contribuindo com minha formação profissional e pessoal, através do conhecimento e experiência. vii SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... x LISTA DE QUADROS ............................................................................................ xi LISTA DE ABREVIAÇÕES .................................................................................... xii RESUMO.............................................................................................................. xiii ABSTRACT .......................................................................................................... xiv Capítulo 1: Introdução ........................................................................................... 15 1.1 Estrutura do Trabalho................................................................................. 17 Capítulo 2: Contextualização................................................................................. 19 2.1 Objetivos .................................................................................................... 20 2.1.1 Objetivo Geral ..................................................................................... 20 2.1.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 20 Capítulo 3: Fundamentação Teórica ..................................................................... 21 3.1 Sistema Aeroportuário................................................................................ 21 3.1.1 Breve histórico do transporte aeroviário no Brasil ............................... 21 3.1.2 Agencias regulamentadoras ............................................................... 22 3.1.3 Infraestrutura aeroportuária no Brasil .................................................. 24 3.1.4 Aeroportos e Aeródromos ................................................................... 26 3.1.5 Previsão do sistema aeroviário ........................................................... 27 3.2 Aeronave de Projeto .................................................................................. 28 3.3 Pavimento .................................................................................................. 29 3.3.1 Tipos de Pavimento ............................................................................ 29 3.3.1.1 Pavimento Flexível ........................................................................... 30 viii 3.3.1.2 Revestimento ................................................................................... 33 3.4 Estudo Geotécnico ..................................................................................... 33 3.5 O Método ................................................................................................... 35 3.5.1 Criação e Desenvolvimento do Método .............................................. 35 3.5.2 O Método da FAA ............................................................................... 37 3.6 Softwares ................................................................................................... 37 Capítulo 4: Metodologia para Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis ........... 40 4.1 Aeronaves de Projeto ...................................................................................... 40 4.1.1 Características das aeronaves ............................................................ 41 4.2 Dimensionamento (método tradicional) ...................................................... 42 4.3 Dimensionamento (utilização dos softwares) ............................................. 44 Capítulo 5: Aplicação Do Método Da FAA ............................................................46 5.1 Considerações Iniciais de Projeto .............................................................. 46 5.1.1 Estabilização de Camadas do Pavimento ........................................... 47 5.1.2 Mix de Aeronaves ............................................................................... 47 5.2 Dimensionamento (Cálculo pelo método tradicional) ................................. 49 5.2.1 Determinação da Aeronave de projeto ................................................ 49 5.2.2 Número de Decolagens Equivalentes ................................................. 50 5.2.3 Espessuras do Pavimento .................................................................. 53 5.3 Dimensionamento (Software FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN) ................ 55 5.4 Dimensionamento (Software FAARFIELD 1.305) ...................................... 60 Capítulo 6: Resultados e Análise Comparativa ..................................................... 66 6.1 Resultados ................................................................................................. 66 6.2 Análise Comparativa .................................................................................. 67 ix Capítulo 7: Considerações Finais .......................................................................... 69 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 72 APÊNDICE ........................................................................................................ 76 Apêndice A: CRONOGRAMA .......................................................................... 77 ANEXOS .......................................................................................................... 78 Anexo 1: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE POUSO DE RODA SIMPLES. ......................................................................... 79 Anexo 2: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE POUSO DE RODA DUPLA. ............................................................................. 80 Anexo 3: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE POUSO DUPLO TANDEM. .............................................................................. 81 Anexo 4: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS PARA ÁEREAS CRÍTICAS. B747-100, SR, 200 B, C, F ............................................ 82 Anexo 5: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS PARA ÁEREAS CRÍTICAS. L-1011-100, 200 ............................................................. 83 Anexo 6: QUADRO 3.5B DO ANEXO 14 (ICAO,1999) .................................... 84 Anexo 7: RELATÓRIO DIMENSIONAMENTO (FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN) .......................................................................................................... 86 Anexo 8: RELATÓRIO DIMENSIONAMENTO (FAARFIELD) .......................... 89 x LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Estrutura de Pavimento Flexível ......................................................... 31 Figura 2 - Camadas do pavimento flexível ........................................................... 32 Figura 3 - Mecânica do Pavimento Flexível ......................................................... 32 Figura 4 - Tipos de Trem de Pouso de aeronaves ............................................... 41 Figura 5 - Peso bruto da aeronave, por trem de pouso ....................................... 41 Figura 6 Dimensões da Aeronave de projeto. ...................................................... 50 Figura 7- Dimensionamento da espessura total do pavimento............................. 53 Figura 8 - Tela inicial do Programa Flexible Pavement Design ............................ 55 Figura 9 - Tela referente à Etapa 1 (Flexible Pavement Design).......................... 56 Figura 10 - Tela referente à Etapa 2 (Flexible Pavement Design) ........................ 56 Figura 11 - Tela referente à Etapa 3 (Flexible Pavement Design) ........................ 57 Figura 12 - Tela referente à Etapa 4 (Flexible Pavement Design) ........................ 57 Figura 13 - Tela referente à Etapa 5 (Flexible Pavement Design) ........................ 58 Figura 14 - Tela referente à Etapa 6, 7 e 8 (Flexible Pavement Design) .............. 58 Figura 15 - Tela referente à Etapa 9 (Flexible Pavement Design) ........................ 59 Figura 16 - Tela Inicial do software (FAARFIELD) ............................................... 60 Figura 17 - Criando Novo Projeto (FAARFIELD) .................................................. 61 Figura 18 - Copiando Amostras de Pavimento (FAARFIELD) .............................. 62 Figura 19 - Janela da Estrutura do Pavimento (FAARFIELD) .............................. 63 Figura 20 - Mix de Aeronaves (FAARFIELD) ....................................................... 64 Figura 21 - Dimensionamento do pavimento (FAARFIELD) ................................. 64 Figura 22 - Observação quanto a Estabilização das camadas (FAARFIELD)...... 65 Figura 23- Base e Sub-base Estabilizadas (FAARFIELD) ............................. 65 xi LISTA DE QUADROS Quadro 1 Ranking de aeroportos segundo ACI .................................................... 25 Quadro 2 - Exemplo de modelos de aeronaves ................................................... 40 Quadro 3 - Modelo de Mix de Aeronaves ............................................................. 48 Quadro 4 - Espessura Total do Pavimento por Aeronave .................................... 49 Quadro 5 - Número de decolagem equivalente para o Mix de Aeronaves ........... 51 Quadro 6 - Decolagens Anuais baseada na Aeronave de Projeto ....................... 52 Quadro 7 - Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Método Tradicional) 66 Quadro 8 - Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Software Flexible Pavement Design) ................................................................................................ 66 Quadro 9 -Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Software FAARFIELD 1.305) ................................................................................................................... 67 xii LISTA DE ABREVIAÇÕES ACI - Airports Council International ACN - Número de Classificação da Aeronave ANAC - Agência Nacional de Aviação Civil CBR- Parâmetro de Suporte California Bearing Ratio COMAER - Comando da Aeronáutica do Brasil COMAR - Comando Aéreo Regional DAC - Departamento de Aviação Civil DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo DIRENG - Diretoria de Engenharia da Aeronáutica DNER - Departamento Nacional de Estradas e Rodagem FAA - Federal Aviation Administration FAB - Força Aérea Brasileira IAC - Instituto de Aviação Civil IATA - International Air Transport Association ICAO - International Civil Aviation Organization INFRAERO - Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária ISC - Índice de Suporte Califórnia NAD - Número Anual de Decolagem ONU - Organização das Nações Unidas PCN - Número de Classificação do Pavimento PMD - Peso Máximo de Decolagem xiii RESUMO Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplanagem. Para se dimensionar pavimentos flexíveis de aeroportos, baseia-se no método analítico ou em métodos empíricos consagrados. No ano de 1981, a Organização da Aviação Civil Internacional – ICAO recomendou a aplicação de um método simples em que se define o peso limite das aeronaves que podem operar sobre determinado pavimento. Esse método de dimensionamento de pavimentos aeroportuários foi normatizadopela Federal Aviation Administration – FAA, a qual, elaborou ábacos de dimensionamento de pavimentos asfálticos, utilizando o valor do CBR do subleito como entrada, a carga máxima da aeronave e o número máximo de decolagens anuais. Mas com o desenvolvimento tecnológico, nos últimos anos, vários softwares computacionais foram criados com o intuito de facilitar o dimensionamento do pavimento, dando apoio ao projeto e reduzindo tempo e custo. No Brasil, ainda se utiliza o dimensionamento de forma empírica, acredita-se que o desconhecimento teórico do método, pode ser um fator que restringe a migração do cálculo mecanicista para o informatizado. Entretanto, ao dimensionar um pavimento flexível de aeroporto, através de cálculos manuais e os comparar aos resultado obtidos através do dimensionamento utilizando-se os softwares descritos e disponibilizados pela FAA, é possível verificar as vantagens e economia que os softwares, como o FAARFIELD possibilita ao projeto. Palavras chave: Aeroportos, Aeródromos, Pavimento, Flexível, Métodos da FAA, Dimensionamento, Softwares, FAARFIELD xiv ABSTRACT Floor is a multilayer structure of finite thickness, built on the final surface leveling. To scale flexible pavements airports, based on the established analytical method or empirical methods. In 1981, the International Civil Aviation Organization - ICAO recommended the application of a simple method that sets the weight limit of aircraft that can operate on a given floor. This design method of airport pavements was regulated by the Federal Aviation Administration - FAA, which drew up abacuses sizing asphalt pavements, using the subgrade CBR value as input, the maximum load of the aircraft and the maximum number of annual departures. But with technological development in recent years, several computer software was created in order to facilitate the pavement design, supporting the design and reducing time and cost. In Brazil, using the scaling empirically, it is believed that the lack of theoretical method may be a factor that restricts the migration of mechanical computer for calculation. However, the scale a flexible pavement airport via manual calculations and compare the results obtained by scaling using the software described and made available by the FAA, you can see the advantages and savings that software like FAARFIELD enables the project. Key words: Airports, aerodromes, Floor, Flexible, FAA methods, Sizing, Software, FAARFIELD 15 Capítulo 1: Introdução O método da Federal Aviation Administration - FAA1 para dimensionamento de pavimentos flexíveis aeroportuários se fundamenta nos parâmetros de suporte California Bearing Ratio – CBR2 (MEDINA, 1997). Esse método foi concebido pelo corpo de engenheiros do exército americano e devido aos avanços tecnológicos e computacionais, vem passando por uma série de mudanças, como a utilização de softwares3 computacionais no lugar de ábacos para dimensionamento. (FORTES,2007) O método da FAA é conhecido e utilizado em grande parte da esfera global, pois normatiza o projeto, a execução e o controle dos aeródromos4. É o método mais utilizado no dimensionamento de pavimentos aeroportuários. O Brasil, como os países que integram a International Civil Aviation Organization – ICAO, segue as recomendações contidas em seu anexo 14, que abordam a pavimentação aeroportuária (ICAO, 1999). A FAA, recomenda a utilização dessa metodologia para o projeto e construção de aeródromos. (FAA, 2008) Para se dimensionar um pavimento, pode-se basear no método analítico de dimensionamento, através do qual pode-se determinar as condições das camadas do pavimento com base em análises matemáticas aplicadas ao estudo das tensões e deformações, ou, pode-se aplicar métodos empíricos consagrados É possível, também, dimensionar pavimentos com base na observação do desempenho de aeródromos, em procedimentos experimentais. O Número de Classificação da Aeronave - ACN, representa o valor referente ao efeito da 1 FAA é o órgão regulamentador da aviação norte americana, cujos padrões são reconhecidos internacionalmente. 2 O ensaio CBR, foi baseado nas estradas da Califórnia, onde vários testes comprovaram sua eficiência. 3 Software é uma sequência lógica de instruções interpretada por um computador, com o objetivo de executar tarefas específicas. 4 Aeródromo é toda área destinada a pouso, decolagem e movimentação de aeronaves. Por sua vez, aeroporto é um aeródromo dotado de instalações para facilitar embarque de pessoas e cargas. 16 aeronave sobre o pavimento. O Número de Classificação da Pista - PCN, representa a capacidade da estrutura de suportar as cargas aplicadas. Assim, ao conhecer a espessura do pavimento de um aeródromo e as aeronaves que o trafegam, torna-se possível, baseado na experiência, determinar um pavimento para aqueles tipos de aeronaves. (SANTOS, 2014) Nesse sentido é importante que os pavimentos aeroportuários possuam uma condição estrutural satisfatória, de modo que não apresentem problemas que comprometam adversamente a segurança e o desempenho das aeronaves e suportem o tráfego ao qual estão sendo submetidos. O Método de cálculo de pavimento recomendado pela FAA, possibilita um dimensionamento mais seguro e realístico. Com a aplicação correta do método, utilizando o mix5 de aeronaves preponderantes da pista, bem como utilizando-se de uma previsão do aumento do fluxo de cada aeronave, ou seja, da taxa de crescimento anual, e com a realização do estudo geotécnico respectivo, se torna possível uma maior segurança, economia e garantia de um dimensionamento confiável durante uma vida útil de serviço de 20 anos. (SILVA, 2009) Na aplicação do método computacional da FAA, os cálculos manuais são praticamente inexistentes. Há uma gama de softwares gratuitos disponível para o público, sendo eles, de variadas aplicações. A divulgação e utilização desses softwares no Brasil é pequena, o que não condiz com os benefícios de tempo, investimento e precisão que eles possibilitam. Com a aplicação do método, busca-se apresentar os principais softwares para dimensionamento de pavimentos flexíveis de aeroportos, bem como, o método tradicional, também sugerido pela FAA. O estudo apresenta as principais características dos aeroportos, aspectos de seu funcionamentos, órgãos envolvidos, partes constituintes, organizações regulamentadoras, aeronaves, 5 Mix de Aeronave, é um conjunto de aeronaves de projeto para um determinado aeródromo, ou o grupo de aeronaves atuantes em um determinado aeródromo. 17 aeródromos, histórico do transporte aéreo no Brasil e também, a metodologia aplicada para o cálculo tradicional e o fluxograma da utilização dos softwares. A espessura do pavimento, foi obtida conforme a determinação de aeronaves de projeto (mix de aeronaves padrão) e com o CBR da sub-base, baseando-se assim, no método da FAA de dimensionamento de pavimentos flexíveis de aeroportos. As características e tipos de pavimentos foram abordados, bem como, sua estrutura e configuração de camadas, de modo que, fosse descrito de forma geral os elementos necessários para a compreensão da estrutura do pavimento aeroportuário. 1.1 Estrutura do Trabalho O trabalho encontra-se dividido em 7 capítulos, acrescido das referências bibliográficas, conforme descrito a seguir: Capítulo 1: INTRODUÇÃO Esse capítulo apresenta um breve relato sobre o trabalho e o tema da pesquisa, aborda sua importância, justificativae traz uma breve descrição da metodologia utilizada; Capítulo 2: CONTEXTUALIZAÇÃO De forma breve, o capítulo contextualiza o assunto abordado, referenciando as questões norteadoras e os objetivos do trabalho; Capítulo 3: REFERENCIAL TEÓRICO Apresenta o levantamento de fontes que deram subsídios para o desenvolvimento da presente monografia 18 A pesquisa ou revisão bibliográfica, constitui-se na leitura, análise e interpretação de livros, periódicos, textos, normas, entre outros. O material é selecionado e as leituras são acompanhadas de anotações e fichamentos, que servem para fundamentação teórica do estudo. Capítulo 4: METODOLOGIA PARA DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS No capítulo, são apresentados os métodos de cálculo, empírico, mecanicista, e os principais softwares para o dimensionamento de pavimentos aeroportuários, segundo aplicação do método da FAA. Capítulo 5: APLICAÇÃO DO MÉTODO DA FAA No capítulo, são apresentados os dados de projeto e do dimensionamento, incluindo o fluxograma de cálculo manual e da aplicabilidade dos softwares. Capítulo 6: RESULTADOS E ANÁLISE COMPARATIVA Os dados do dimensionamento e dos procedimentos, oriundos do capítulo 5, são dispostos nesse capítulo. Assim, é apresentado uma análise comparativa dos resultados. Capítulo 7: CONSIDERAÇÕES FINAIS O capítulo aborda as principais conclusões resultantes das análises feitas no trabalho, sugerindo observações para trabalhos futuros. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS São descritas as referências bibliográficas utilizadas para a composição do trabalho. 19 Capítulo 2: Contextualização Mediante a disponibilidade de softwares gratuitos para o dimensionamento de pavimentos aeroportuários, tais como: Flexible Pavement Design; LEADFAR 1.3; COMFAA 3.0; FAARFIELD 1.305; FAAR PAVEAIR disponíveis pela FAA, os métodos manuais de cálculos ainda são utilizados no Brasil. A utilização dos métodos tradicionais de dimensionamento, bem como os empíricos, pode não ser vantajoso mediante os recursos de softwares atuais. Acredita-se que ao utilizar o método mecanicamente, os aspectos econômicos, sustentáveis e de segurança podem não ter a mesma precisão se comparados com o uso dos softwares. Acredita-se que a falta de pesquisas e investimentos na área de ampliação aeroportuária, pode ser um dos fatores predominantes para o desinteresse na utilização dos softwares. Também, o desconhecimento teórico do método, pode ser outro fator que inviabiliza a substituição do cálculo mecanicista para o informatizado. (SANTOS,2014) Então, até que ponto se torna necessário ou vantajoso utilizar softwares para a obtenção da espessura de pavimentos flexíveis de aeroportos? A utilização desses softwares é de fato relevante? Os resultados do cálculo mecanicista ou através de softwares são equivalentes? Essas são questões iniciais que norteiam o trabalho. 20 2.1 Objetivos 2.1.1 Objetivo Geral Este trabalho tem como objetivo apresentar o dimensionamento de um pavimento flexível de aeroporto, através de cálculos manuais e comparar os resultados com os obtidos através do dimensionamento utilizando-se os softwares descritos e disponibilizados pela FAA. 2.1.2 Objetivos Específicos Apresentar as vantagens de informatizar os cálculos para a obtenção da espessura do pavimento flexível aeroportuário; Identificar as dificuldades encontradas durante do procedimento de dimensionamento baseado nos softwares; Analisar os resultados obtidos pela aplicação de metodologias mecanicistas e empíricas, e também através da utilizado de softwares; Quantificar o tempo necessário de dimensionamento para cada método e software apresentado; Descrever de forma objetiva a metodologia de utilização dos softwares; Analisar a aplicabilidade dessas metodologias. Divulgar no meio acadêmico os softwares para dimensionamento de pavimentos, disponibilizados gratuitamente pela FAA. 21 Capítulo 3: Fundamentação Teórica 3.1 Sistema Aeroportuário 3.1.1 Breve histórico do transporte aeroviário no Brasil A locomoção de pessoas e o transporte de mercadorias são importantes no desenvolvimento de qualquer região, para isso, dispõe-se de rodovias, ferrovias, hidrovias, aerovias e toda forma de locomoção possível. É conhecido que o Brasil não possui uma malha rodoviária em boas condições, nem a existência de ferrovias que consigam suplantar a demanda de consumo e tampouco uma malha hidroviária de grande potencial econômico. (MACHADO, 2012) Quanto ao sistema aeroviário, tem-se que é um dos setores mais dinâmicos da economia, apresentando, uma maior mobilidade, acesso a regiões remotas, velocidade e eficiência no transportes e possibilidade de grandes volumes de pessoas e mercadorias. Não deixando de lado a importância no turismo mundial. (PEREIRA, 2013) O transporte aéreo Brasileiro, se comparado à alguns lugares do mundo em número de aeroportos, está longe de ser o ideal. Mas segundo o Instituto de Aviação Civil (IAC, 2007), está crescendo e acompanhando a economia. Isso se dá devido ao crescimento econômico, avanços tecnológicos, redução dos preços das passagens e inserções de novas empresas e modalidades de oferta, junto ao mercado nacional. Historicamente, no contexto do trabalho, salienta-se o crescimento do transporte aéreo a partir da última década, assim, de forma breve, pode-se dizer que foi a partir da liberação do mercado, com a inserção da empresa GOL, no ano de 2001, que a nova política de ofertas de voos iniciou a consolidação do mercado.(MACHADO, 2012) 22 A evolução do setor entre 2000 e 2010 foi marcada pela mudança das empresas líderes e pelo alto crescimento da demanda. Ao final do século XX, havia quatro grandes empresas no mercado: Varig, Vasp, Transbrasil e TAM (GRAHAM, 2008). No ano de 2006, a Varig foi comprada pela GOL. Atualmente, a aviação civil no Brasil está concentrada nas duas maiores empresas do mercado, TAM e GOL, que juntas detêm aproximadamente 75% do total de assentos ofertados em voos domésticos e quase a totalidade dos voos internacionais realizados pelas empresas brasileiras (BITA, 2011). Segundo a Airports Council International - ACI, os países emergentes principalmente aqueles pertencentes ao bloco BRICS6, no qual o Brasil se enquadra, têm presenciado um crescimento do setor aéreo e recebe atenção das empresas internacionais pelo desempenho econômico e oportunidade de ganhos. O Crescimento turístico também tem seu peso, a realização de eventos internacionais como a Copa do Mundo e Olimpíadas alavancaram novamente o setor. Por fim, tem-se que o crescimento visto na América Latina se deve em parte à participação do transporte aéreo brasileiro, uma vez que, quase metade do movimento de passageiros na América Latina é representada pelo Brasil em 40,3% (ACI, 2010) 3.1.2 Agencias regulamentadoras Segundo ALVES (2012), o transporte aéreo no Brasil é gerenciado através do Ministério da Defesa (Comando da Aeronáutica) que tem como finalidade apoiar, controlar e desenvolver a aviação civil brasileira. Já a Agência Nacional da Aviação Civil (ANAC) regulamenta o sistema. Juntamente com essas organizações, a 6 O grupo BRICS, é um grupo político de cooperação, formado pelo Brasil, Rússia, Índia, China e África do Sul. 23 gestão aeroportuária foi atribuída à Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária (INFRAERO), vinculada à Secretaria de Aviação Civil.Além dessas agencias regulamentadoras, no Brasil tem-se outras agencias importantes, tais como: DAC – Departamento de Aviação Civil; IAC – Instituto de Aviação Civil; FAB - Força Aérea Brasileira; COMAER – Comando da Aeronáutica do Brasil, DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo Mesmo com tantas agências regulamentadoras, o Brasil se orienta com base nas associações mundiais responsáveis por caracterizar, regularizar e normatizar as operações relevantes ao transporte aéreo. Tais como: ICAO – International Civil Aviation Organization, com sede em Montreal e filiada à ONU7, congrega mais de 150 países, com os quais se discutem, determinam e/ou recomendam direitos e deveres de seus membros, padronizando as operações do transporte aéreo internacional. Suas recomendações foram agrupadas em 17 anexos técnicos, sendo o 14 o mais importante; IATA – International Air Transport Association reúne companhias aéreas de quase todo o mundo, definem tarifas e condições de serviço para os transportadores, bem como, visa uma exploração segura, eficaz e econômica; ACI – Airports Council International reúne as principais empresas administradoras de aeroportos. A INFRAERO é a representante brasileira; FAA – Federal Aviation Administration, órgão regulamentador norte americano, cujos padrões são reconhecidos internacionalmente. Por sua vez, dispõe regulamentos e circulares técnicas sobre aeronaves, tripulação, espaço e tráfego aéreo, navegação, administração e aeroportos; 7 Organização das Nações Unidas – ONU: É uma organização internacional cujo objetivo declarado é facilitar a cooperação em matéria de direito internacional, segurança internacional, desenvolvimento econômico, progresso social, direitos humanos e a realização da paz mundial. 24 3.1.3 Infraestrutura aeroportuária no Brasil Na última década, como mostra a história, o Brasil cresceu significativamente quanto ao setor aeroviário, entretanto, não conseguiu acompanhar o crescimento quanto a infraestrutura dos aeroportos. O crescimento da demanda pelo transporte aéreo não corrobora com a ampliação da infraestrutura aeroportuária. A situação dos aeroportos brasileiros mostra-se preocupante, sendo considerado um obstáculo para o desenvolvimento do setor aéreo. O complexo aeroportuário, no que diz respeito à capacidade operacional e de infraestrutura se apresenta ineficiente em comparação aos aeroportos localizados além da fronteira nacional. (MACHADO, 2012, p.03) Os principais aeroportos brasileiros são gerenciados pela INFRAERO, no entanto, não há visto que a infraestrutura desses aeroportos passem por ampliações para acompanhar a demanda. Assim, na tentativa de minimizar esses efeitos advindos da falta de infraestrutura aeroportuária, alguns dos aeroportos brasileiros atualmente estão sobre gestão privada. (PEREIRA, 2013) Segundo a INFRAERO (2014), ela se torna responsável por administrar os principais aeroportos do país. No total, são 63 aeroportos que movimentam anualmente cerca de 179 milhões de passageiros, equivalendo a 2,9 milhões de pousos e decolagens, ou seja, 97% do movimento do transporte aéreo brasileiro. A falta de planejamento, adequação e infraestrutura da malha aeroviária brasileira, fica caracterizada pela saturação dos principais aeroportos do país. O que pode ser confirmado verificando o ranking de aeroportos da ACI (2010), disponível no Quadro 1. 25 Quadro 1- Ranking de aeroportos segundo ACI Posição País Cidade Aeroporto Passageiros 2010 1 Estados Unidos Atlanta Hartsfield-Jackson Atlanta Intl (ATL) 89.331.622 2 China Pequim Beijing Intl (PEK) 73.948.113 3 Estados Unidos Chicago O'hare Intl (ORD) 66.774.738 4 Reino Unido Londres Heathrow (LHR) 65.884.143 5 Japão Tóquio Haneda Intl (HND) 64.211.074 6 Estados Unidos Los Angeles Los Angeles Intl (LAX) 59.070.127 7 França Paris Charles de Gaulle (CDG) 58.167.062 8 Estados Unidos Dallas Dallas/fort Worth Intl (DFW) 56.906.610 9 Alemanha Frankfurt Frankfurt-main (FRA) 53.009.221 10 Estados Unidos Denver Denver Intl (DEN) 52.209.377 11 China Hong Kong Hong Kong Intl (HKG) 50.348.960 12 Espanha Madri Barajas (MAD) 49.844.596 13 Emirados Árabes Dubai Dubai Intl (DXB) 47.180.628 14 Estados Unidos Nova Iorque John F Kennedy Intl (JFK) 46.514.154 15 Holanda Amsterdã Amsterdam Schiphol (AMS) 45.211.749 16 Indonésia Jacarta Soekarno-hatta Intl (CGK) 44.355.998 17 Tailândia Bangkok Suvarnabhumi Intl (BKK) 42.784.967 18 Cingapura Cingapura Changi (SIN) 42.038.777 19 China Guangzhou Guangzhou Baiyun Intl (CAN) 40.975.673 20 China Xangai Pudong Intl (PVG) 40.578.621 47 Brasil São Paulo Guarulhos Intl (GRU) 27.432.346 162 Brasil Salvador Salvador Intl (SSA) 8.371.981 175 Brasil Rio de Janeiro Santos Dumont (SDU) 7.833.588 178 Brasil Belo Horizonte Confins Intl (CNF) 7.599.323 193 Brasil Porto Alegre Salgado Filho Intl (POA) 6.766.987 196 Brasil Curitiba Afonso Pena Intl (CWB) 6.429.113 199 Brasil Recife Guararapes Intl (REC) 6.364.877 220 Brasil Fortaleza Pinto Martins Intl (FOR) 5.441.732 1287 Brasil Ponta Porã Ponta Porã Intl (PMG) 338 1296 Finlândia Utti Utti (UTI) 14 Fonte: ACI (2010) 26 Num contexto mundial, analisando-se o quadro 1, temos que em infraestrutura os aeroportos brasileiros, encontram-se abaixo do patamar mundial. O principal aeroporto se encontra apenas na 47ª posição mundial, com uma capacidade de 61,9 milhões de passageiros/ano a menos que o primeiro apresentado. Como visto historicamente, o país apresenta uma crescente demanda de malha aeroviária. Tornando-se necessário um plano estratégico do governo, que possibilite um desenvolvimento aeroportuário condizente com a necessidade do país. 3.1.4 Aeroportos e Aeródromos Segundo a ANAC (2014) Aeroportos são os aeródromos públicos dotados de instalações e facilidades para apoio de operações de aeronaves e de embarque e desembarque de pessoas e cargas. Os aeroportos, comparados com a demanda nacional, não são capazes de suprir as necessidades logísticas e comerciais do país, torna-se então, necessário enfatizar a importância dos aeroportos de médio porte e todos os aeródromos nacionais, os quais fazem parte da malha aeroviária e são de extrema importância devido a quantidade. (MACHADO, 2012) De acordo com o Código Brasileiro de Aeronáutica (Lei nº 7.565, de 19 de dezembro de 1986), aeródromo é toda área destinada a pouso, decolagem e movimentação de aeronaves, podendo ser classificados em civis (quando destinados ao uso de aeronaves civis) e militares (quando destinados ao uso de aeronaves militares). Os aeródromos civis podem ser públicos ou privados. (IAC, 2007) 27 Os projetos de implantação de aeródromos precisam ser aprovados pela DECEA (Departamento de Controle do Espaço Aéreo) e pela DIRENG (Diretoria de Engenharia da Aeronáutica), bem como ser homologado pela ANAC (Agencia Nacional da Aviação Civil), tendo, caso privado, registro no COMAR (Comando Aéreo Regional). IMA 58-10 de 16/07/1990 apud Alves (2007) O Brasil, no ano de 2008, segundo a ANAC, possuía 2.498 aeródromos, sendo 1.759 privados e 739 públicos.Esse número comparado ao ano de 2014, segundo a própria ANAC, mostra que não houve um aumento significativo dos aeródromos no país Apesar do baixo índice de progressividade dos aeródromos nos últimos anos, um dado se torna importante para esse trabalho. Segundo os dados contidos no site da ANAC (lista e descrições dos aeródromos) tem-se que dentre os aeródromos atuais, aproximadamente 38% não são pavimentados, e dos 62% pavimentados, apenas 1,7% possuem pavimento rígido. Assim, em quase sua totalidade, os aeródromos do Brasil apresentam pavimento flexível. 3.1.5 Previsão do sistema aeroviário Segundo dados da IATA (2011), a região da América Latina apresentou um crescimento muito acima da média, cerca de 12,1%, considerando voos internacionais e domésticos. Enquanto, o Oriente Médio apresenta o segundo maior crescimento com 9,8%, seguido pela Europa (8,5%), Ásia/Pacífico (4,7%), África (4,3%) e América do Norte (2,8%). Tem-se que esse crescimento se prolongará, uma vez que, estudos da ACI (2009) prevê que do ano de 2009 ao ano de 2029, um intervalo de 20 anos, a quantidade de passageiros da América Latina, vai ter um crescimento de 171,80% 28 Segundo ACI (apud MACHADO, 2012, p.08), o crescimento visto na América Latina se deve à participação do transporte aéreo brasileiro, que contribui com cerca de 40,3% dos passageiros. Com base na situação global da aviação, bem como na previsão característica citada e levando-se em consideração o progresso da infraestrutura aeroportuária dos últimos anos, pode-se dizer que, o Brasil possui uma demanda expressiva e crescente por aeródromos e aeroportos. Segundo a Folha de São Paulo (2015), em 2012 o governo anunciou um plano de aviação regional cujo objetivo era a construção ou reforma de 270 aeroportos regionais no país, ao custo de R$ 7,2 bilhões. Entretanto, o plano ficou engavetado e somente em janeiro de 2015 que o novo ministro da Aviação Civil, Eliseu Padilha anunciou a possibilidade das primeiras licitações, segundo ele: “Vamos fazer um esforço hercúleo para, neste ano, ter as primeiras licitações, vai depender da agilidade de Estados e licenças ambientais”. 3.2 Aeronave de Projeto Para Fortes (2007) o dimensionamento de pavimento, utiliza a aeronave que precisar de maior espessura de pavimento, e não necessariamente a mais pesada (peso máximo de decolagem x nº de partidas x tipo do trem de pouso). Cada tipo de aeronave, que estiver na lista de decolagens anual, deverá ser avaliada. Para Medina (1997) sendo o pavimento dimensionado para um conjunto de aeronaves, se faz uma busca de qual aeronave exige a maior espessura de pavimento, esta aeronave é chamada de aeronave de projeto Quanto ao mix de aeronaves considerado para o dimensionamento, as informações podem ser coletadas na base de dados HOTRAN disponível no site da ANAC, considerando como base a tabela fornecida pela INFRAERO com valores estimados de comprimento mínimo para acesso à saída rápida. 29 3.3 Pavimento O Pavimento é uma estrutura constituída sobre o subleito, cujo objetivo é agregar adjunto ao solo uma resistência suficiente para que seja suportado a repetição das cargas das rodas, no caso, dos aviões. Assim, as solicitações são distribuídas pelas camadas do pavimento e subleito à fim de sofrer a menor deformação possível. Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplanagem, destinada, técnica e economicamente, a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança. (BERNUCCI et al. ,2006) Um pavimento aeroportuário deverá possuir boa capacidade de suporte de carga (estrutural), bem como, boa rugosidade, resistência à derrapagem e regularidade em todos os sentidos. Segundo Cardoso (1990), a função de um pavimento é, genericamente, a de suportar as cargas atuantes, mantendo um determinado nível de qualidade de circulação, sem deterioração apreciável durante o seu período de vida útil. 3.3.1 Tipos de Pavimento O pavimento pode ser dividido em rígido, semirrígido ou flexível. O Pavimento rígido, têm uma camada superior constituída por cimento, seguidas de uma ou duas camadas de agregado estabilizado ou não com ligante hidráulico. O pavimento semirrígido, apresenta uma ou duas camadas superiores constituídas por misturas betuminosas seguidas de uma camada de base constituída por agregado estabilizado com ligante hidráulico que por sua vez poderá assentar ou 30 não numa sub-base granular. Já o Flexível, apresenta as camadas superiores formadas por misturas betuminosas, seguidas inferiormente por camadas de material granular. (Cardoso, 1990). Como visto, os pavimentos rígidos são pouco usados nos aeroportos brasileiros. No Brasil, somente alguns aeroportos possuem pavimentos rígidos nas suas pistas de pousos e de decolagens (INFRAERO, 2008). Para Santos (2014), pavimento rígido não é recomendado para aeroportos de pequeno porte devido ao custo inicial de implantação ser superior ao dos pavimentos flexíveis. A utilização de pavimento rígido é recomendável nas áreas de reabastecimento, manutenção e pátio de manobra dos aviões. Para Fonseca (1990) são nessas áreas que ocorrem os serviços de reabastecimento e manutenção de aeronaves e equipamentos diversos, sendo, portanto, indicado o uso de pavimentos rígidos devido à maior resistência química do concreto-cimento aos combustíveis, óleos e lubrificantes que, porventura, venham a ser derramados sobre a superfície desses pavimentos. Dessa forma, segundo a INFRAERO (2008), em quase toda a totalidade, as pistas de pouso e decolagem dos aeroportos brasileiros são de pavimento flexível. 3.3.1.1 Pavimento Flexível Como o pavimento flexível é o objetivo de estudo desse trabalho, ele mereceu uma atenção maior. A designação de pavimentos flexíveis (Figura 1), criada pelo Asphalt Institute em 1960, refere-se a um pavimento constituído por uma ou mais camadas de misturas betuminosas que assentam diretamente sobre camadas granulares. A suportar as camadas granulares está um maciço semi- infinito designado por fundação. (Moreira, 2006). 31 Figura 1 - Estrutura de Pavimento Flexível Os pavimentos flexíveis podem possuir misturas betuminosas fabricadas a quente ou misturas betuminosas fabricadas a frio. As misturas betuminosas fabricadas a frio são produzidas, espalhadas e compactadas sem aquecimento dos materiais e são compostas por agregados aos quais se junta uma emulsão betuminosa (ligante), podendo, ainda, adicionar-se água e aditivos. Os diversos tipos de misturas a frio são: agregado britado de granulometria extensa tratado com emulsão betuminosa; mistura betuminosa aberta a frio; micro aglomerado betuminoso a frio; revestimento superficial betuminoso; e lama asfáltica. De modo geral, pode-se dizer que o pavimento flexível é formado por camadas que não trabalham à tração, essas camadas têm a função de distribuir a carga de suporte e são formadas geralmente por materiais granulares, os materiais de melhor qualidade ficam mais próximos da superfície. (Santana, 2007) Em geral o pavimento flexível é constituído por quatro camadas: Revestimento - Camada que recebe diretamente a ação; Base – Camada destinada a resistir e distribuir os esforços advindos oriundos da base; Sub-base – Camada corretiva do subleito ou complementar à base; Subleito – Terreno de fundação do 32 pavimento.Nota-se que pode haver ou não uma camada denominada reforço do subleito. A figura 2 caracteriza essas camadas e a figura 3, mostra a mecânica desse pavimento. Figura 2 - Camadas do pavimento flexível Figura 3 - Mecânica do Pavimento Flexível 33 3.3.1.2 Revestimento O Revestimento tem como função recobrir os pavimentos flexíveis, protegendo o pavimento, evitando desgastes devido ao tráfego e possibilitando uma pista lisa e com boa drenagem. Os Revestimentos de Melhor qualidade são formados por camada betuminosa de pequena espessura (5 a 8cm). Os revestimentos em cascalho apresentam custos de implantação e conservação inferiores ao betuminoso e podem ser considerados de razoável qualidade, mas devido ao atrito e emissão de pedregulhos exigem maiores esforços das aeronaves. Superfícies gramadas são usadas em aeroportos onde não há grandes necessidades de suporte. São recomendáveis para áreas de amarração de aeronaves leves e extensões de pátios. Apresentam custo de conservação superiores ao revestimento em cascalho, mas protegem muito bem contra erosão. SANTOS (2014). 3.4 Estudo Geotécnico Um projeto de pavimento rodoviário, segundo o Departamento Nacional de Estradas e Rodagem DNER (2006) é composto por três etapas: Estudos preliminares, anteprojeto e projeto executivo. De igual forma, pode-se aplicar para um projeto de pavimento de uma pista aeroportuária, baseado nas recomendações do método da FAA (Federal Aviation Administration). Faz-se necessário realizar um estudo geotécnico do solo. Segundo Santana (2007), essa é a parte do projeto que analisa o comportamento dos elementos do solo. No que se refere à obra, os estudos geotécnicos para um projeto de pavimentação compreendem, o reconhecimento do subleito e estudos de ocorrências de materiais para pavimentação. Dentre vários os ensaios e observações relevantes para o cálculo de pavimento, trata-se em especial do CBR. Segundo Balbo (2007), o critério do CBR como método de projeto de pavimentos flexíveis, nasceu com a necessidade de um critério simples e rápido de 34 avaliação da capacidade do solo durante a construção de aeroportos militares na segunda guerra mundial. O ensaio fornece indicações da perda de resistência do solo com a saturação, e mesmo sendo um indicador, a partir de então o ensaio do CBR serve como base para o dimensionamento de pavimentos flexíveis. O CBR, ou ISC (Índice de Suporte Califórnia) avalia a resistência dos solos, onde é medida a resistência à penetração de uma amostra saturada e compactada. O valor é dado em porcentagem, onde comparado, 100% representa a penetração em uma amostra de brita padrão de referência. Segundo o manual de pavimentação do Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes - DNIT (2006), no aspecto rodoviário, o subleito que vai comportar as camadas do pavimento deve apresentar uma expansão menor ou igual a 2% e um CBR maior ou igual a 2%, no caso de ocorrência de materiais com características inferiores às citadas acima, recomenda-se fazer a substituição de pelo menos 1m de profundidade deste material por outro com CBR maior que 2%. Quanto ao Módulo de Resiliência8 (MR), segundo o DNIT (2006), é a relação entre a tensão vertical aplicada repetidamente e a deformação axial recuperável que lhes corresponde após determinado número de aplicação de carga. Para materiais como solos, areias e agregados utiliza-se a denominação de Módulo de Resiliência, enquanto para concretos, solo-cimento, utiliza-se a denominação de Módulo de Elasticidade. A FAA (2008), recomenda que na necessidade de utilização do Modulo de Resiliência, ele pode ser obtido através do CBR, pela relação: Modulo de Resiliência (MR) = 10,4 * CBR. Quanto ao Coeficiente de Poisson, segundo o DNIT (2006), é a razão da deformação lateral ou radial pela deformação vertical ou axial recuperável e é considerado constante, variando de 0 no corpo rígido à 0,5 na deformação sem variação de volume. 8 O Módulo de Resiliência é determinado em ensaios de carga repetida, do tipo: Ensaio de tração uniaxial, Ensaio de compressão uniaxial; Ensaio de compressão triaxial, entre outros. Se tratando de pavimento, ele avalia a estrutura das camadas e do subleito dos pavimentos flexíveis. 35 Para Medina (1997) o dimensionamento de pavimentos de aeroportos é semelhante ao rodoviário, diferindo apenas, quanto às cargas atuantes e quanto ao método de dimensionamento. O método de dimensionamento utilizado no Brasil é o recomendado pela FAA (Federal Aviation Administration) conforme circular AC150/5320 de 1978, que recebe atualizações periódicas, devido à mudança constante de aeronaves. Como observação final, deve-se sempre analisar as condições do lençol d’água, se existir, sendo que o mesmo deve-se encontrar rebaixado no mínimo 1,50m do greide regularizado e a drenagem superficial deve ser suficiente (Santana, 2007). 3.5 O Método 3.5.1 Criação e Desenvolvimento do Método No ano de 1981, a Organização da Aviação Civil Internacional – ICAO recomendou a aplicação de um método simples em que se define o peso limite das aeronaves que podem operar sobre determinado pavimento. Esse método ficou conhecido como método ACN/PCN o qual compara o Número de Classificação de cada Aeronave (Aircraft Classification Number – ACN) com o Número de Classificação do Pavimento (Pavement Classification Number – PCN). Com esse método, era possível indicar se um pavimento aeroportuário com um determinado PCN podia suportar ou não uma determinada aeronave com um valor ACN, onde, a aeronave deveria ter um valor ACN igual ou inferior ao PCN da pista. Com isso, iniciou-se a padronização das informações e das publicações aeronáuticas no mundo bem como os cálculos empíricos de pavimentos. Esse método é utilizado até hoje, entretanto com o desenvolvimento tecnológico, nos últimos anos, uma ferramenta importante foi desenvolvida pela 36 Administração Federal de Aviação dos Estados Unidos (Federal Aviation Administration – FAA) com o intuito de facilitar a obtenção dos valores de ACN. Essa ferramenta trata-se do programa computacional denominado COMFAA que permite calcular os valores de ACN baseado no Método ACN/PCN (Oliveira, 2009). Segundo a ANAC (2008), o procedimento experimental é de fácil utilização e aplicação, entretanto, atualmente o PCN é obtido a partir da obtenção da carga bruta admissível suportada pelo pavimento, considerando a frequência de operações e os níveis de tensão admissíveis. O PCN baseia-se também no tipo de pavimento, na resistência do subleito, pressão máxima admissível dos pneus e no método de avaliação do pavimento, ora técnico ou experimental. A partir de 1995, a FAA divulga com mais propriedade, circulares com normatizações referentes ao sistema aeroportuário, abrangendo vários aspectos. As mais relevantes para o estudo são: Airport Pavement Design and Evaluation (Projeto e avaliação do pavimento do aeroporto). Advisory Circular N.º 150/5320-6D. Publicada em 1995; Measurement, Construction, and Maintenance of Skid-Resistant Airport Pavement Surfaces (Medida, construção, e manutenção de superfícies Resistentes do pavimento do aeroporto). Adivisory Circular N. º150/5320- 12C Change 1. Publicada em 2004; Standard Naming Convention for Aircraft Landing Gear Configurations. (Convenção de nomenclaturas para configurações da pista de aterrissagem de aviões) ORDER 5300.7. Publicada em 2005; Airport Pavement Management Program. (Programa de Gestão do Pavimento de Aeroporto) Advisory Circular N.º 150/5380-7A. Publicada em 2006; Airport Pavement Design and Evaluation.( Projeto e Avaliação do pavimento de Aeroporto) Advisory Circular N.º 150/5320-6E. Publicada em 2008 37 3.5.2 O Método da FAA Para se compreender o método da FAA para o cálculo de pavimento flexível, tornou-se necessário apresentar um histórico do método, um histórico sobre a demanda de voos, a conceituação sobre o tipo de pavimento e por fim, a descrição sucinta do estudo geotécnico. Uma vez compreendido esses tópicos, torna-se possível compreender o método da FAA. Atualmente, a metodologia de dimensionamento de pavimentos aeroportuários proposta pela FAA pode ser encontrada na Airport Pavement Design and Evaluation. Advisory Circular N.º 150/5320-6E, uma circular para consulta pública publicada no ano de 2008. Nela verifica-se que, a FAA elaborou ábacos de dimensionamento de pavimentos asfálticos, utilizando o valor do CBR do subleito como entrada, a carga máxima da aeronave e o número máximo de decolagens anuais, considerando uma vida de projeto de 20 anos (MEDINA, 1997). Segundo o site da FAA, a organização desenvolve métodos de engenharia, design e Padrões de Construção de Aeroportos Civis, heliportos, e bases de hidroavião. Isto é, inclui normatizações para uma pista de pavimento aeroportuário, que vão além do projeto e execução do pavimento. Segundo a FAA, as normatizações abrangem desde a iluminação do aeroporto, marcação e sinalização da pista e outros recursos visuais até à segurança durante a construção, levantamento de dados, instalações de radar de aves até a instalação do sistemas de detecção de Objetos Estranhos quando necessário. 3.6 Softwares O método de cálculo de pavimento fornecido pela FAA, vem sofrendo alterações no decorrer dos anos, os cálculos antes realizados de forma manual através de ábacos e diagramas e baseados muitas vezes em situações empíricas, 38 atualmente podem ser realizados, mais precisamente, através de softwares computacionais. Segundo o site da FAA (2014), os Softwares destinados a Aeroportos servem como apoio ao projeto de pavimento, bem como reduzir tempo e custos de projeto. Além disso, os softwares, manuais e documentos estão disponível ao público gratuitamente. Dentre os diversos softwares disponíveis no site, alguns são de extrema relevância para o dimensionamento de pavimentos flexíveis de aeroportos. São eles: FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN, (2002). É um software projetado em Excel que tem por finalidade calcular espessuras de revestimento de pavimento flexível de acordo com a C.A. 150/5320-6D, já citada. O Software foi elaborado para realizar o cálculo em apenas dez etapas, onde o usuário inseri parâmetros de entrada em cada uma das etapas até completar a rotina, tendo assim, o cálculo da espessura realizado; LEADFAR 1.3, Computer Program for Airport Pavement Design, (2004). Sua primeira versão foi lançada em 2004, é um software baseado no software Flexible Pavemente Projeto (citado anteriormente), cujo objetivo é o mesmo, ou seja, o cálculo da espessura de pavimento. Segundo a FAA, esse software está de acordo com a C.A. 150/5320-6D, o qual não é atual, mesmo assim, a FAA continua disponibilizando o LEDFAA 1.3 para referência nos cálculos; COMFAA 3.0, (2006). A versão 1.0 do software foi lançada anteriormente, baseado na AC 150/5335-5B que trata do método de padronização do PCN do pavimento. O software basicamente, serve para calcular o PCN necessário do pavimento flexível ou rígido. Para isso, basta inserir o mix de aeronaves, força a qual o pavimento está sendo submetido e a espessura do pavimento desejado; 39 FAARFIELD 1.305, (2008). Federal Aviation Administration Rigid and Flexible Iterative Elastic Layered Design. O Software, substitui o LeadFar 1.3, uma vez que acompanha a AC 150/5320-6E que substitui a AC 150/5320-6D. O software é mais preciso e completo que os demais pois incorpora aos cálculos o modelo de elementos finitos 3D, os quais, são cálculos computacionalmente intensivos difíceis de serem realizados manualmente. O objetivo do software é o mesmo, ou seja, definir a espessura do pavimento aeroportuário, com base nos dados inseridos. Esse é o software mais atual para dimensionamento disponível pela FAA. FAAR PAVEAIR, (2012). Talvez o mais interessante dentre todos os softwares disponíveis pela FAA, este por sua vez, é um sistema de gestão de pavimento baseado na Web, que fornece aos usuários informações históricas e atuais sobre o aeroporto, tanto na construção do pavimento, manutenção como na gestão. Além de tudo, ele simula ao usuário a possibilidade de planejar a degradação da superfície do pavimento, devido a vários efeitos externos. Além disso, ele funciona adjunto ao programa COMFAA. Software online, disponível em http://faapaveair.faa.gov. 40 Capítulo 4: Metodologia para Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis Dimensionar um pavimento significa determinar a sua espessura total, bem como as espessuras de cada uma de suas camadas e especificar de quais materiais devem ser constituídas. A espessura do pavimento é determinada a partir das características de resistência do solo expressadas pelo CBR e pelas solicitações das aeronaves de projeto. 4.1 Aeronaves de Projeto De acordo com o tipo de aeroporto é que se determina os grupos de aeronaves que nele irão operar. A aeronave de maior solicitação dentro do grupo é adotada como equipamento crítico de planejamento. (SANTOS, 2014) Em aeroportos de pequeno porte, as aeronaves que operam vão desde pequenas aeronaves até jatos de porte médio, como exemplo tem-se o Quadro 2, que mostra um mix de aeronaves e seu respectivo grupo. Quadro 2 - Exemplo de modelos de aeronaves GRUPO AERONAVES EXEMPLO (MODELO) 1 Aviação Geral, táxis aéreos e pequenas aeronaves EMB-110 Bandeirante 2 Aeronaves para transporte regional EMB-120 Brasília 3 Aeronaves para rotas de média densidade FOKKER F-27 4 Jatos de médio porte B-737, B-727-100, 5 Aeronaves militares (passageiros ou carga e tropas) Bandeirante (C-95), Douglas DC-3 (C-47); 6 Aeronaves para uso tipicamente militar (transporte de tropas e armamentos) Buffalo C-115, Hércules C-130. Os grupos citados podem ser inseridos na categoria de aeronaves de transporte em geral, que abrange equipamentos com peso máximo de decolagem(PMD) de até 79.000 kg (175.000 lb). FONTE: SANTOS (2014) 41 4.1.1 Características das aeronaves A definição de uma aeronave de projeto, para o dimensionamento do pavimento flexível, depende das características da aeronave. Tais como: Tipo de trem de pouso (conforme figura 4), previsão das decolagens anuais e até o peso máximo de decolagem. Figura 4 - Tipos de Trem de Pouso de Aeronaves No dimensionamento, deve-se considerar o carregamento por roda da aeronave, onde cada roda apresenta uma porcentagem de peso, caracterizado pelo seu tipo e localização. A figura 5 mostra essa relação. Figura 5 - Peso bruto da Aeronave, por Trem de Pouso 42 4.2 Dimensionamento (método tradicional) O método da Federal Aviation Administration, AC/150/5320 - 6E, considera três critérios principais para o dimensionamento de pavimentos flexíveis aeroportuários: Critério 1: Aplicável ao caso de aeronaves leves, com Peso Máximo de Decolagem - PMD inferior a 30.000 libras.Nesse caso, a espessura do revestimento é fixada em 5 cm e os dados necessários para o dimensionamento são: PDM da Aeronave crítica, CBR do subleito, base e da sub-base. Procedimento: Com a utilização do ábaco do anexo 1, determina-se a espessura total do pavimento flexível, tendo inicialmente como dados o CBR do subleito e o PMD da aeronave. Feito isso, com expressões simples, se dimensiona as camadas isoladamente. Critério 2: Aplicável ao caso de aeronaves de transporte aéreo em geral, com PMD superior a 30.000 libras e configuração de trem de pouso principal com rodas simples ou duplas (single-wheel ou double wheel) Nesse caso, a espessura do revestimento é fixada em 8cm e os dados necessários para o dimensionamento são: PDM da aeronave crítica, número estimado de decolagens/ano da referida aeronave, configuração do trem de pouso principal e CBR do subleito, base e sub-base Procedimento: Com base nos ábacos do anexo 1 e do anexo 2, determina- se a espessura total do pavimento, para isso, basta localizar na abcissa superior do gráfico o valor do CBR do subleito, baixando então uma vertical até a curva correspondente ao PMD da aeronave. A partir daí, traçar uma reta horizontal até a linha correspondente ao número de decolagens anuais da aeronave padrão, e em 43 seguida, baixa-se uma vertical até a abcissa inferior para se obter a espessura total do pavimento flexível. Tendo a espessura total, determinasse a espessura da sub- base a partir do CBR da sub-base e do PMD da aeronave crítica e em seguida determina-se a espessura da base. Critério 3: Aeronaves militares com PMD superior a 30.000 libras, com configuração de trem de pouso diversa. Nesse caso, a metodologia de dimensionamento do pavimento de aeronaves militares, com trem de pouso de configurações específicas é complexa e é apresentada em literatura especializada (Santos, 2014). Esse critério, não é objetivo do respectivo estudo, pois necessita de interpolações lineares complexas para o CBR e para o número de movimentos de cada aeronave, os quais, os cálculos realizados à mão inviabilizam o estudo. Entretanto, segue ábacos no anexo 3, 4 e 5 referentes a trem de pouso de configurações especificas. Nota-se que a camada do revestimento, no caso de pavimentos flexíveis, não depende da espessura total do pavimento, ele se encontra em função do número de movimentos, PMD e características construtivas. Para fim de cálculo, considera-se inicialmente que o CBR da base seja superior a 80% Associa-se também, ao pavimento da pista, um número característico de sua capacidade de suporte (PCN da pista). De igual modo, associa-se à aeronave um número que indica a sua solicitação sobre o pavimento (ACN da aeronave). Assim, o quociente ACN / PCN, já tratado anteriormente, passa a ser o parâmetro principal que define o número de operações permitidas da aeronave sobre a pista. 44 4.3 Dimensionamento (utilização dos softwares) Os softwares livres, disponibilizados pela FAA, baseiam-se no método tradicional de cálculo, entretanto, possibilitam uma maior complexibilidade matemática de dados, cálculo e de interpolações. Esses softwares destinados a aeroportos servem como apoio ao projeto de pavimento. Para o dimensionamento com softwares, não se faz necessário tantas considerações de cálculo, como por exemplo, restringir o mix de aeronaves à apenas uma aeronave crítica, ou basear-se em metodologias empíricas. O dimensionamento com base nos softwares, se baseia apenas na entrada dos dados (modelo de cálculo). Algumas observações quanto aos softwares a serem utilizados: FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN, (2002). Realiza o cálculo em apenas dez etapas, onde se insere parâmetros de entrada em cada uma das etapas até completar a rotina, não sendo permitido pular nenhuma etapa de cálculo; LEADFAR 1.3. Insere-se os valores de cálculo como no software descrito anteriormente, entretanto, pode-se relacionar outras planilhas de dados. Por ser uma versão inicial do FAARFIELD não será utilizado no trabalho; COMFAA 3.0, (2006). Serve para calcular o PCN necessário do pavimento flexível ou rígido. Para isso, basta inserir o mix de aeronaves, força a qual o pavimento está sendo submetido, pressão dos pneus e a espessura do pavimento desejado. Por ter outras finalidades, não será utilizado no trabalho; FAARFIELD 1.305, (2008). O software é mais preciso e completo que os demais pois incorpora aos cálculos o modelo de elementos finitos 3D. 45 FAAR PAVEAIR, (2012). Sua aplicação para o trabalho não se torna relevante ao objetivo proposto, mesmo sendo o mais interessante dentre todos os softwares disponíveis pela FAA, pois, se trada de um sistema de gestão de pavimento online, que funciona adjunto ao programa COMFAA disponível em http://faapaveair.faa.gov. 46 Capítulo 5: Aplicação Do Método Da FAA O dimensionamento de pavimento de aeroporto é um processo meticuloso, onde é necessário conhecer as propriedades do solo e seus componentes estruturais através de ensaios de laboratório, bem como, a realização de estudos de tráfico condizente com o tipo de aeronave de operação e a previsão de demanda anual, e quando possível, a taxa de crescimento da demanda do aeroporto. (QUIÑONES,2012). Não basta conhecer apenas a aeronave de projeto e as solicitações de tráfego que atuarão no pavimento. Para um bom dimensionamento, torna-se necessário conhecer dados da fundação, como o tipo de solo do subleito e sua capacidade de suporte e resistência, o que é expresso basicamente em termos do CBR caracterizado através dos ensaios laboratoriais. Entretanto, devido à dificuldade de acesso à dados de ensaios e a falta de condições para realizá-los, adotou-se algumas considerações iniciais de projeto. Essas considerações baseiam-se nas normas de dimensionamento da FAA, não afetando o objetivo do trabalho. 5.1 Considerações Iniciais de Projeto Para o dimensionamento pelo método da FAA, utiliza-se os ábacos em anexo, cujos parâmetros de entrada são o CBR do subleito, o Peso Máximo da Aeronave e o Número de Decolagens Anuais, considerando o projeto para 20 anos. Segundo Medina (1997), o material da base deve ter CBR>80%, a sub-base deve ter CBR>20% e o subleito CBR>2% para evitar reforço do subleito. Inicialmente, devido à falta de estudos geotécnicos, adota-se os valores mínimos no dimensionamento, exceto o subleito que será adotado com CBR=10%9 9 Em pavimentos flexíveis, o CBR do subleito no intervalo: 8<CBR<13, indica que a Categoria de Resistência do Subleito é Média, o que geralmente, para aeroportos de médio porte, não necessita de reforço do subleito. Ver Anexo 6 [Quadro 3.5B do Anex14 (ICAO, 1999)] 47 Os esforços transmitidos pela aeronave, conforme descrito no capítulo anterior, são divididos em: 95% do peso bruto transmitido pelo trem de pouso principal, e os 5% restantes pelo trem de pouso dianteiro (FAA, 2008). 5.1.1 Estabilização de Camadas do Pavimento Estabilizar uma camada, é misturar ao solo padrão, outros tipos de solo, materiais pétreos ou produtos de britagem, afim de oferecer benefícios estruturais para o pavimento em questão. Segundo a FAA (2008), o benefício desse material é expresso pelo Fator Equivalente (FE), e sua espessura estabilizada é determinada ao dividir a espessura da camada padrão, pelo fator de equivalência do material estabilizador. No dimensionamento,caso necessário estabilização de camadas de base e sub-base, para fins de cálculo, adotar os seguintes materiais e valores: Para Base, com CBR>80%: Estabilizar com P-304 Base Tratada com Cimento, adotando FE=1,4 no intervalo especificado (1,2< FE <1,6). Para Sub-Base, com CBR>20%: A FAA (2008) recomenda Estabilizar com P-208 Agregado Granular correspondente ao cascalho laterítico, adotando FE=1,2 no intervalo especificado (1,0< FE <1,5). 5.1.2 Mix de Aeronaves Para a definição do Mix de Aeronaves, dentro do critério 2 do método tradicional, item 4.2, toma-se como base um aeroporto de médio porte, cujo o PMD possa ser superior a 30.000 libras (lb10) e o trem de pouso principal seja composto por rodas simples ou duplas. 10 1 lb = 0,454kg 48 O Aeroporto de Goiânia poderia ser o aeroporto utilizado como exemplo, uma vez que, a pista de pouso possui atualmente 2500mx45m, homologada pela portaria Anac 1566/2009, podendo operar aeronaves de médio porte tipo B-737, AirBus 320, B 707 e eventualmente B-767, além dos aviões e jatos de pequeno porte (INFRAERO, 2014) Entretanto, como não foi possível adquirir os dados (junto a Infraero) referentes ao movimento anual de decolagens do aeroporto de Goiânia, utilizou-se dados disponibilizados pela Infraero de outros aeroportos. Dessa forma, dentro da gama de aeronaves disponíveis, adota-se as que atendem ao critério 2 do método tradicional, buscando assim, abranger dados próximos aos realísticos de um aeroporto de médio porte. O Mix de Aeronaves encontra-se no Quadro 3. Quadro 3 - Modelo de Mix de Aeronaves AERONAVE PESO MÁXIMO DE DECOLAGEM TIPO DE TREM DE POUSO NÚMERO ANUAL DE DECOLAGEM PA 37 - SKYLINE 4.750(lb) 11 Roda simples 3.230 EBM -120- BRASÍLIA 26.433 (lb) 12 Roda dupla 4.728 EMB-135- EMBRAER 135 41.888(lb) Roda dupla 2.364 F100 - FOKKER 100 101.000(lb) Roda dupla 2.242 A319 - AIRBUS 319 141.978(lb) Roda dupla 3.940 A320 - AIRBUS 320 150.796(lb) Roda dupla 12.205 B733 - BOEING 737-300 140.00(lb) Roda dupla 3.030 B737 - BOEING 737-700 155.000(lb) Roda dupla 9.937 B738 - BOEING 737-800 174.700(lb) Roda dupla 10.012 B763 - BOEING 767-300 361.000(lb) Duplo Tandem 1.200 FONTE: ADAPTADO DA INFRAERO (2011) 11 Devido a limitação do Ábaco, adota-se PMD mínimo de 30.000lb; 12 Devido a limitação do Ábaco, adota-se PMD mínimo de 50.000lb; 49 5.2 Dimensionamento (Cálculo pelo método tradicional) 5.2.1 Determinação da Aeronave de projeto Para se determinar a aeronave de projeto, pelo método tradicional da FAA, utiliza-se os ábacos do anexo 1, 2 e 3 e os dados de entrada: CBR do subleito, PMD - Peso Máximo de Decolagem e NAD - Número Anual de Decolagem. Faz-se o cálculo da espessura necessária de pavimento para cada aeronave descrita. O Quadro 4, traz os respectivos valores. Quadro 4 - Espessura Total do Pavimento por Aeronave AERONAVE ESPESSURA TOTAL DO PAVIMENTO - OBTIDO ATRAVÉS DOS ÁBACOS PA 37 - SKYLINE 10,2 in 13 = 25,9cm EBM -120- BRASÍLIA 12,0 in = 30,5cm EMB-135- EMBRAER 135 11,5 in = 29,2cm F100 - FOKKER 100 18,3 in = 46,5cm A319 - AIRBUS 319 21,5 in = 54,6cm A320 - AIRBUS 320 24 in = 61cm B733 - BOEING 737-300 21 in = 53,3cm B737 - BOEING 737-700 24 in = 61,0cm B738 - BOEING 737-800 26,5 in = 67,3cm B763 - BOEING 767-300 26,2 in = 66,5cm 13 1 in = 2,54cm 50 Com as dimensões da espessura mínima necessária para cada aeronave, é possível obter a aeronave de projeto, no caso, a que necessita de maior espessura. A aeronave de projeto14 passa a ser definida como a B738 - BOING 737-800. Figura 6 - Dimensões da Aeronave de projeto. (Disponível em: http://www1.folha.uol.com.br/folha/cotidiano/ult95u126483.shtml) 5.2.2 Número de Decolagens Equivalentes Todo o Mix de Aeronave deve ser convertido em função da Aeronave de Projeto (B738 - BOING 737-800). Segundo a FAA(2008), deve-se converter tanto a equivalência do trem de pouso, quanto o número de decolagens anuais. Como tem-se no Mix de aeronaves, trem de pouso simples, duplo e duplo tandem, a conversão desses trem de pouso para o trem de pouso de Roda Dupla, da Aeronave de Projeto, segundo a FAA(2008), dá-se pelos fatores multiplicativos: De Roda Simples para Roda Dupla = Multiplica as Decolagens por 0,8; 14 Observar que a aeronave de projeto, não é a aeronave crítica, ou seja, a que possui maior PMD. Entretanto, ao dimensionar com base na aeronave de projeto, o dimensionamento também abrange a aeronave crítica. 51 De Roda Dupla para Roda Dupla = Multiplica as Decolagens por 1,0; De Duplo Tandem para Roda Dupla = Multiplica as Decolagens por 1,7. Para a conversão do número equivalente de decolagens da aeronave de projeto, segundo a FAA(2008), dá-se pela equação: 𝑙𝑜𝑔𝑅1 = 𝑙𝑜𝑔𝑅2 × ( 𝑊2 𝑊1 ) 1/2 Onde, R1 = Número equivalente de decolagens anuais da aeronave de projeto; R2 = Número de decolagens anuais em termos da aeronave de projeto; W1 = Carregamento por roda da aeronave de projeto; W2 = Carregamento por roda da aeronave em questão. O quadro 5 mostra o número de decolagens anuais, equivalentes para o mix de aeronaves e o quadro 6 mostra as decolagens anuais com base na aeronave de projeto. Quadro 5 - Número de decolagem equivalente para o Mix de Aeronaves AERONAVE TIPO DE TREM DE POUSO FATOR NÚMERO ANUAL DE DECOLAGEM DECOLAGENS ANUAIS (R2) PA 37 - SKYLINE Roda simples 0,8 3.230 2584 EBM -120- BRASÍLIA Roda dupla 1,0 4.728 4.728 EMB-135- EMBRAER 135 Roda dupla 1,0 2.364 2.364 F100 - FOKKER 100 Roda dupla 1,0 2.242 2.242 A319 - AIRBUS 319 Roda dupla 1,0 3.940 3.940 A320 - AIRBUS 320 Roda dupla 1,0 12.205 12.205 B733 - BOEING 737-300 Roda dupla 1,0 3.030 3.030 B737 - BOEING 737-700 Roda dupla 1,0 9.937 9.937 B738 - BOEING 737-800 Roda dupla 1,0 10.012 10.012 B763 - BOEING 767-300 Duplo Tandem 1,7 1.200 2040 52 Quadro 6 - Decolagens Anuais baseada na Aeronave de Projeto AERONAVE PESO MÁXIMO DE DECOLAGEM CARREGAMENTO POR RODA (W2) DECOLAGEM ANUAL DA AERONAVE DE PROJETO (R1) PA 37 - SKYLINE 4.750(lb) 2.375(lb) 6,2 EBM -120- BRASÍLIA 26.433 (lb) 6.608(lb) 26,9 EMB-135- EMBRAER 135 41.888(lb) 10.472(lb) 44,9 F100 - FOKKER 100 101.000(lb) 25.259(lb) 353,3 A319 - AIRBUS 319 141.978(lb) 35.495(lb) 1.743,2 A320 - AIRBUS 320 150.796(lb) 37.699(lb) 6.261,5 B733 - BOEING 737-300 140.00(lb) 35.000(lb) 1.307,9 B737 - BOEING 737-700 155.000(lb) 38.750(lb) 5.822,9 B738 - BOEING 737-800 174.700(lb) 43.675(lb) = W1 10.012,0 B763 - BOEING 767-300 361.000(lb) 45.125(lb) 2.312,7 TOTAL 27.891,5 Segundo a FAA (2008), caso o número de decolagens de projeto ultrapasse à 25 mil decolagens/ano, é recomendável utilizar os fatores de conversão para tráfegos superiores ao indicado, esses fatores são: Para 50mil decolagens/ano = fator de equivalência de 104%; Para 100mil decolagens/ano = fator de equivalência de 108%; Para 150mil decolagens/ano = fator de equivalência de 110%; Para 200mil decolagens/ano = fator de equivalência de 112%. Como o número de 27.891,5 decolagens encontra-se próximo dos 25.000 recomendado, ao realizar a interpolação, obtém-se um fator de equivalência de 100,46%, o que representa o número de 28.020 decolagens/ano.
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