UMA ALTERNATIVA ECONÔMICA QUANTO AO DIMENSIONAMENTO DE PISTAS DE AERÓDROMOS

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1 UMA ALTERNATIVA ECONÔMICA QUANTO AO DIMENSIONAMENTO DE PISTAS DE AERÓDROMOS Elemar J. Taffe Júnior (PG) Divisão de Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica Resumo Este trabalho propõe uma discussão com relação as especificações para projeto de pavimentos aeroportuários no Brasil, observando recomendações com relação a largura e espessura das camadas do pavimento e localização de áreas criticas. Foram feitas propostas de um projeto reduzido, levando em consideração pesquisas anteriores. Também foram realizadas comparações do custo da pista projetada com as recomendações atuais e com o projeto reduzido proposto neste trabalho. Como exemplo é utilizado o projeto do Aeroporto de São José dos Campos - SP. Abstract This work proposes a discussion with relationship the specifications for project of airports pavements in Brazil, observing recommendations with relationship the width and thickness of the layers of the pavement and location of areas criticizes. They were done proposed of a reduced project, taking in consideration previous researches. Comparisons of the cost of the track were also accomplished projected with the current recommendations and with the reduced project proposed in this work. As example is used the project of the Airport of São José dos Campos - SP. 1. INTRODUÇÃO O objetivo a ser perseguido quando se projeta um pavimento aeroportuário varia em função de sua localização dentro do complexo aeroportuário, é possível diferenciar nas seguintes áreas: áreas de toque (cabeceiras), pátios de manobras e de estacionamento, pistas de pouso e decolagem e pistas de táxi. Segundo Rodrigues (2001), nas pistas de pouso e decolagem, principalmente, e também nas de taxiamento, importa que a interação entre a aeronave e o pavimento não leve a uma resposta dinâmica capaz de prejudicar a operação da aeronave ou o conforto dos passageiros. Nos pátios de manobras e de estacionamento, o pavimento deve ser resistente a cargas estáticas e a solicitações quase-estáticas, bem como ao derramamento de combustíveis e óleos. Nas áreas de toque, o emborrachamento da superfície é problemático, por reduzir os níveis de atrito. A pavimentação aeroportuária no Brasil tem se baseado no Método da FAA para definição de soluções técnicas, seja no projeto de pavimentos novos ou na restauração de pavimentos deteriorados. Entre algumas dificuldades quando se aplica o método da FAA, pode-se citar no caso de aeródromos onde o tráfego de projeto é constituído por um pequeno número anual de decolagens de aeronaves pesadas, o método não permite que se faça um dimensionamento apropriado. Quando muito, usa-se o recurso de considerar toda a pista com uma "área não crítica" e se adota as reduções de espessuras indicadas pelo método. Este trabalho propõe discutir as recomendações da ICAO e FAA quanto ao projeto geométrico e projeto estrutural respectivamente, que vem sendo seguidas atualmente no Brasil. Entre as especificações, são estudadas mas especificamente, a classificação dos aeródromos, recomendações quanto a largura mínima de pista e localização de áreas críticas com relação ao projeto estrutural. Também é realizada uma comparação econômica entre um projeto dimensionado com as recomendações atuais e um projeto com as propostas de redução deste trabalho. Espera-se que haja uma redução significativa com relação aos custos de implantação da pista de pouso e decolagem e pistas de táxi. 1

2 2. RECOMENDAÇÕES ATUAIS QUANTO AO PROJETO GEOMÉTRICO (ICAO) 2.1 Histórico A ICAO (International Civil Aviation Organization) teve início através de um convênio entre 26 países. Em 1951, a ICAO estabeleceu normas e recomendações relativas a aeródromos, segundo o que foi disposto no artigo 37 do convênio de 1944, realizado em Chicago. Entre 1951 e 1986 foram introduzidas 38 emendas ao texto original, que foi modificado profundamente, pelo fato da grande mudança com relação as aeronaves e infra-estrutura. Segundo Cruzado (1997), em 1990 era tal o número de modificações e novidades, que optou-se em dividir o Anexo 14 em dois volumes, desenho e operações de aeródromos e heliportos, com uma nova edição em De acordo com a ICAO (1995), normas são aquelas disposições que, por considerar necessárias, tem caráter obrigatório. Métodos recomendados são especificações que são convenientes seguir e que os países que participam do convênio devem ajustar-se a elas. 2.2 Classificação dos Aeródromos Para classificar um aeródromo segundo a ICAO (1995), primeiramente é necessário o cálculo do comprimento básico de pista requerido pela aeronave de referência, a aeronave de referência é aquela para a qual está sendo planejado o uso da pista e que requeira as maiores dimensões para sua operação regular. Segundo Alves (2002), o comprimento básico requerido por uma aeronave está registrado em manuais da aeronave como a distância mínima necessária para operação numa pista sem declividade, sem efeito de ventos, sob as condições da atmosfera padrão (15ºC ao nível do mar). O aeroporto é classificado através de uma composição alfanumérica, que depende do comprimento básico de pista da aeronave de referência e da condição crítica de envergadura, além da distância entre as bordas externas dos pneus que compreendem o conjunto dos trens de pouso principais. 3. RECOMENDAÇÕES ATUAIS QUANTO AO PROJETO ESTRUTURAL - FAA A FAA (Federal Aviation Administration) foi criada em 1958 e através das suas publicações entre inúmeras funções, tem procurado orientar projetistas e administradores aeroportuários quanto ao dimensionamento estrutural de aeródromos. Maiores detalhes, bem como especificações quanto às propriedades dos materiais a serem utilizados devem ser observadas no método da FAA (1996). 4. PROPOSTA DE REDUÇÃO As pistas são constituídas de uma área pavimentada, que suporta as cargas, e de acostamentos adjacentes. O termo pista é reservado à área pavimentada, enquanto a expressão faixa de pouso compreende a pista e seus acostamentos (Horonjeff, 1966). Normalmente os acostamentos não são pavimentados, consistindo de solo mecanicamente estabilizado, gramado ou não. 4.1 Projeto Estrutural Segundo Rodrigues (2001), diversas pistas de pouso e de táxi em aeroportos no Brasil violam os requisitos de projeto do Método da FAA, especialmente no que se refere à espessura mínima do revestimento asfáltico e ao CBR mínimo da base granular. Contudo, o seu desempenho, em muitos casos, vem sendo satisfatório. Estes aspectos indicam que a obtenção de soluções otimizadas para as condições brasileiras requer o desenvolvimento de modelos de previsão de desempenho que sejam mais adequados a essas condições Pista de Pouso e Decolagem Com base nas observações acima, propõe-se que o cálculo seja realizado exatamente como preconiza a FAA, a diferença estaria nos coeficientes que são multiplicados pela espessura (T) e quanto à localização de áreas críticas, não críticas e de bordos. Nesta proposta, são adotadas somente duas áreas distintas para a pista de pouso e decolagem. São elas, faixa crítica e faixa de acostamento, sendo que a largura da faixa crítica é aquela estipulada pelo método da FAA, ou seja, 15 m centrais da pista. A largura da faixa de acostamento, é a largura total calculada pela Equação 1 subtraída da largura da 2

3 faixa crítica. Os coeficientes sugeridos neste trabalho estão apresentados na Tabela 1, sendo "T" a espessura calculada pelo método da FAA. Tabela 1: Coeficientes para o cálculo de área crítica e área de acostamento Faixa Crítica 0,7 x T Faixa de Acostamento 0,4 x T Saídas Pelo método da FAA (1996), todas as saídas de pista são dimensionadas considerando-as como áreas críticas. Este trabalho propõe que cada saída de pista seja utilizada por determinadas aeronaves. Desta forma, o dimensionamento também será diferenciado. Por exemplo, as saídas de pistas localizadas nas cabeceiras geralmente são utilizadas pelas aeronaves maiores nos procedimentos de pouso e decolagem, já as saídas intermediárias são utilizadas somente por aeronaves de porte médio e pequeno. Neste trabalho não são feitas considerações com relação à pista de táxi, por considerar que por ela podem trafegar todas as aeronaves do aeródromo. 4.2 Projeto Geométrico Segundo Cruzado (1997), as cargas transmitidas pelas aeronaves se distribuem em um espaço máximo de 30 m, o restante do pavimento tem a missão de segurança quanto a eventuais derrapagens ou absorção de materiais pelas turbinas. De acordo com Horonjeff (1966), não há uma base racional para a fixação das larguras recomendadas para as pistas, as quais são resultantes da experiência de vários anos. Durante muito tempo, a largura considerada necessária para as pistas dos maiores aeroportos civis foi de 60 m, tendo sito reduzida para 45 m em Os dados referentes à distribuição das cargas na seção transversal dos pavimentos aeroportuários são muito escassos. Medidas efetuadas nos aeroportos de Los Angeles, Oackland e San Francisco em 1955, revelaram que o tráfego se concentra nos 24 m centrais da seção transversal das pistas. De acordo com Gualda (1995), no Brasil, o Decreto lei n.º de 1979 estipulou uma norma específica para largura de pistas. Essa norma baseou-se nas recomendações da ICAO vigentes na época, as quais classificavam as pistas de acordo com o comprimento básico, havendo uma largura para cada classe de pista. Entretanto, no Decreto não há referência às condições em que é medido o comprimento, da maneira que ele deve ser entendido como o de projeto ou o existente, e não como o básico, sem as correções para altitude e temperatura do aeroporto. Tudo indica que não houve a devida atenção ou o devido entendimento da norma da ICAO ao adotá-la para o caso brasileiro, com conseqüências danosas para a economia da construção e da manutenção de aeródromos no país. Na 2º Reunião do Grupo de Classificação de Referência de Aeródromos em 1980, foi apresentado pela ICAO, o relatório final de um estudo sobre critérios de determinação de largura, neste estudo, a largura de pista requerida é calculada a partir da Equação 2, supondo que a dispersão transversal do tráfego se dá segundo uma distribuição normal (Gualda, 1995). onde: T L = 2 µ + Kσ + (1) 2 µ = valor esperado do afastamento lateral da aeronave; K = número de desvio padrão, função do nível de segurança desejado; σ = desvio padrão correspondente; T = largura do trem de pouso (distância entre as faces externas dos pneus externos). 3

4 Ou seja, a Equação 1 indica que uma pista deve ter uma semi-largura suficiente para abrigar metade da largura do trem (T/2), mais o afastamento esperado entre os eixos da aeronave e o da pista (µ) e mais uma certa "largura de segurança", expressa em número de desvios padrões (Kσ). Quanto ao fator " K ", depende do nível de segurança adotado. Segundo a ICAO, esse nível de segurança deve ser entendido como a probabilidade de a aeronave sair lateralmente da pista e deve ter o valor máximo de 1: Através de um programa de computador, que calcula a abscissa da curva normal padronizada " K " dada a probabilidade da variável aleatória ser menor ou igual aquele valor, obtém-se: K = 4,835 para P(Z>K) = 1 : Baseado nos estudos citados acima, este trabalho propõe a discussão da recomendação de grandes larguras de pista de pouso e decolagem (45 e 60 m) para aeródromos onde o tráfego é constituído basicamente de aeronaves pequenas e eventualmente aeronaves de grande porte. Como exemplo, é possível citar o Aeroporto de São José dos Campos - SP. Desta forma, sugere-se que seja aplicada a metodologia para o cálculo da largura mínima para a pista de pouso e decolagem através da Equação APLICAÇÃO DOS PROJETOS Para realmente observar se as propostas discutidas neste trabalho podem ser implementadas, optou-se em projetar estruturalmente (pavimento) e geometricamente (largura) uma pista de um aeródromo com as especificações atuais e com as reduções propostas aqui. Foi escolhido como base, o Aeroporto de São José dos Campos - SP. Para esta simulação, será considerado um comprimento básico de pista de m (SBSJ). Quanto ao ""mix"" do tráfego no aeroporto, foram feitas algumas simplificações, originando grupos de aeronaves que operam. São eles, grupo 1 (EMB-120/110), grupo 2 (ERJ-145), grupo 3 (Fk-100) e grupo 4 (B e Antonov AN-124), este último considerando aeronaves cargueiras. 5.1 Projeto Convencional Foram denominados como projetos convencionais, aqueles que vem sendo utilizados atualmente para projetar os aeródromos brasileiros Projeto Estrutural No projeto estrutural convencional foram aplicadas as determinações do método da FAA para o cálculo de um pavimento flexível aeroportuário. Pela recomendação do Método FAA, as espessuras requeridas podem ser divididas em áreas críticas, não críticas e bordas, e os resultados da aplicação do método são apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Resultados do dimensionamento convencional de pavimento flexível - FAA Camada Tipo de material M r - psi AC- in(cm) ANC- in(cm) B- in(cm) Revestimento Concreto asfáltico (12) 4 (10) 3 (7) Base Brita graduada (20) 7 (18) 5 (12) Sub-base GW (86) 30 (78) 24 (61) Projeto Geométrico De acordo com as determinações da ICAO, considerando um comprimento básico de pista de m e os valores de envergadura e bitola de um (59,4 m e 11,0 m), o aeroporto é classificado como sendo 4-E. Desta forma a pista de pouso e decolagem deve ter largura mínima em toda a sua extensão de 45 m. 4

5 5.2. Projeto Reduzido Projeto Estrutural Como foi apresentado anteriormente, a proposta de redução quanto ao projeto estrutural para a pista de pouso e decolagem, é baseada na aplicação do método da FAA originalmente, utilizando os coeficientes considerados nesta pesquisa. Desta forma, o projeto resume-se aos valores apresentados na Tabela 3. Tabela 3: Resultados do dimensionamento de pavimento flexível - Projeto Reduzido Camada Tipo de material M r - psi AC-R in(cm) AA-R in(cm) Revestimento Concreto asfáltico ,5 (9) 2 (5) Base Brita graduada ,6 (14) 3,2 (8) Sub-base GW ,8 (60) 13,8 (35) As saídas de número 1, 4 e 5 são consideradas como áreas críticas. Já as saídas n.º 2 e 3, serão destinadas somente para a operação de aeronaves de médio e pequeno porte, neste exemplo, dos grupos 1, 2 e 3 (peso máximo = 45 ton.). Sendo assim, o cálculo pelo método da FAA com as reduções, considerando somente estas aeronaves apresentou os resultados da Tabela 4. Tabela 4: Resultado da aplicação do método da FAA-R para as saídas 2 e 3. Camada Tipo de material M r - psi APSI - in(cm) Revestimento Concreto asfáltico ,8 (7) Base Brita graduada ,2 (11) Sub-base GW ,8 (43) Projeto Geométrico Para o cálculo da largura mínima, considerando como aeronave crítica o B , que representa 0,3% do movimento total do aeroporto, foram considerados os seguintes valores: µ = 1,7 m ; K = 4,835 (Para probabilidade de 1: ); σ = 2,7 m; T = 12,44 m. Com a aplicação da Equação 1, o valor encontrado de largura mínima para pista de pouso e decolagem é de 42 m. Se o cálculo for realizado para o Fk-100 como aeronave crítica, que representa 28,5% do tráfego total do aeroporto, o valor de largura mínima cai para 34 m. Como o número de operações das aeronaves cargueiras (grupo 4) no aeroporto é muito pequeno (0,3%) com relação ao número de operações totais, é proposto que a partir de 450 m das cabeceiras, seja adotada a largura calculada para aeronaves do grupo 3 (Fk-100). Longitudinalmente a pista foi dividida em duas áreas diferentes, a área 1 vai das cabeceiras até 450 m com largura total de pista de 42 m. A área 2 (central) tem largura total de pista de 34 m. 6. ANÁLISE ECONÔMICA Como esta pesquisa tem seu objetivo principal na redução de custos de implantação de uma pista, optou-se em realizar uma análise econômica. Serão comparados os custos de implantação de uma pista projetada estruturalmente pelo método da FAA com as recomendações geométricas atuais da ICAO e uma pista projetada aplicando as reduções propostas neste trabalho. Com base nos projetos geométricos, considerando o mesmo comprimento de pista para os dois projetos, pode-se totalizar o custo total de implantação dos dois projetos. Os resultados da análise econômica podem ser observados no gráfico da Figura 1. 5

6 Custo (R$) em milhões Custo Total do Projeto Convencional e Reduzido R$ 5.26 R$ Custo Total do Projeto Convencional Custo Total do Projeto Reduzido Projetos Figura 1: Resultados da análise econômica entre projetos. 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Através deste trabalho, foi possível tirar algumas conclusões com relação as recomendações que vem sendo utilizadas no Brasil para dimensionar as pistas de pouso e decolagem e pistas de táxi, são elas: O decreto lei que foi utilizado por muito tempo no Brasil que estipulava a largura mínima para pistas de pouso e decolagem, baseado nas normas da ICAO, não indica claramente que comprimento de pista deveria ser utilizado para classificar a pista e conseqüentemente determinar a largura. O valor de largura mínima varia muito se for utilizado o comprimento básico, que é o correto e não o comprimento existente, com correções de altitude e temperatura. Em aeroportos onde o tráfego é constituído basicamente de aeronaves de pequeno a médio porte e eventualmente aeronaves de grande porte, o projeto estrutural e geométrico deveria exigir uma maior atenção por parte do projetista no sentido de redução de custos. Nestes casos, algumas recomendações da ICAO e FAA tornam o projeto super-dimensionado. Na análise econômica, pode-se verificar uma redução considerável no custo de implantação dos projetos. A redução de custo do projeto chamado reduzido em relação ao projeto convencional foi em torno de 12,5 %, sem haver prejuízos com relação à segurança. Agradecimentos O autor gostaria de agradecer a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CAPES, pelo suporte financeiro ao trabalho de pesquisa, bem como ao Prof. Cláudio Jorge pelos papos sempre construtivos e a colega Márcia, pelas informações fundamentais conseguidas junto a INFRAERO. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Alves, C. J. P. Leituras Complementares - Apostila da Disciplina de Aeroportos Instituto Tecnológico de Aeronáutica-ITA, São José dos Campos. [2] Cruzado, M.G. Ingeniería Aerportuaria E.T.S.I. Aeronáuticos, Madrid. [3] FAA Airport Pavement Design and Evaluation. Advisory Circular AC 150/5320-6D Department of Transportation, Federal Aviation Administration. Washigton, DC. [4] Gualda, N. D. F. Terminais de Transportes: Contribuição ao Planejamento e ao Dimensionamento Operacional Tese, Universidade de São Paulo-USP, São Paulo. [5] Horonjeff, R. & Mckelvey, F. X. Planning and Design of Airport McGraw-Hill. [6] ICAO Aerodromes. Annex XIV. Vol I - Aerodome Design and Operations Montreal. [7] Rodrigues, R. M. (2001) Projeto de Pavimentos - Parte I - Apostila da Disciplina. Instituto Tecnológico de Aeronáutica-ITA, São José dos Campos. 6