SEGURANÇA OPERACIONAL EM PAVIMENTOS

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1 Ver 03c SEGURANÇA OPERACIONAL EM PAVIMENTOS RODOVIÁRIOS E AEROPORTUÁRIOS ATRITO José Augusto Degrazia Campedelli Alberto José Aulicino Neto 1

2 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS LRC KSC SLF STS RTLS ALDF ITTV LSRA BPT ATD CFME FAA ICAO NASA DIRENG ANAC USAF CAP CBUQ CPA NOTAM IFI IRFI ABS ASTM SFT FSF Mu Mph Langley Research Center Kennedy Space Center Shuttle Landing Facility Space Transportation System Return-to-launch-site Langley Aircraft Dynamics Facility Instrumented Tire-Test Vehicle Landing System Research Aircraft British Pendulum Tester Average Texture Depth Continuous Friction Measuring Equipment Federal Aviation Administration International Civil Aviation Organization National Aeronautics and Space Agency Diretoria de Engenharia/Ministério da Aeronáutica Agencia Nacional de Aviação Civil United States Air Force Concreto Asfáltico de Petróleo Concreto Betuminoso Usinado à Quente Camada Porosa de Atrito Notice to Air Men International Friction Index International Runway Friction Index Antilock Braking System American Society for Testing and Materials Surface Friction Tester Flight Safety Foundation Coeficiente de Atrito Miles per Hour 2

3 ABSTRATO Dentre os itens necessários à segurança da operação dos transportes terrestre e aéreo, é de fundamental importância o controle do atrito na interface rodas/pavimento, sem o qual não haveria tração, frenagem e controle direcional, principalmente pelo crescimento constante da velocidade e peso dos veículos e as consequências mais agudas que acidentes decorrentes de falhas nesse item podem causar. O presente trabalho tem como objetivo agrupar informações relevantes relacionadas ao estudo do atrito em pavimentos, nos seus aspectos conceituais, construtivos, de manutenção e legal, produzidos em nosso país e no exterior, principalmente estudos realizados em países em estágio técnico e econômico mais avançado, onde os aspectos técnicos e legais decorrentes da falha desse item tem sido mais aprofundados. 3

4 AGRADECIMENTO Ao engenheiro Victor Mah, nascido na China e naturalizado canadense, engenheiro de pavimentos por mais de 30 anos nas bases da Força Aérea Canadense, cujos conhecimento e experiência em pavimentos de aeroportos são reconhecidos por profissionais da área em diversos países, pelas importantes informações que nos transmitiu em sinal de amizade e pelo incentivo para que chegássemos à este trabalho. 4

5 SUMÁRIO 1-Introdução 2-Histórico 3-Principais conceitos 3.1 Atrito 3.2 Tipos de Atrito Atrito Estático Atrito Dinâmico 3.3 Coeficiente de Atrito 3.4 Valor de Atrito 3.5 Derrapagem 3.6 Resistência à Derrapagem 3.7 Valor de resistência à Derrapagem 3.8 Velocidade de Deslizamento 3.9 Deslizamento Longitudinal 3.10 Ângulo de Deslizamento 3.11 Resistência ao Deslizamento 3.12 Textura da Superfície de Rolamento Irregularidades ou Ondulações Mega-Textura Macro-textura Micro-textura 3.13 Mecanismos de interação pneu-pavimento 3.14 Aquaplanagem 3.15 Espessura da Lâmina D água 4-Medição do Atrito 4.1 Aspectos Gerais 4.2 Equipamentos Estáticos e Dinâmicos 4.3 Índices Internacionais de Atrito 4.4 Tempo de Fluxo 5-Aspectos Construtivos 5.1 Considerações Iniciais 5.2 Características Básicas dos Materiais de Construção Resistência ao Polimento Índice AAV Índice de Abrasão Los Angeles 5

6 5.3 Procedimentos Construtivos Fresagem Fina Estriamento Micro revestimento asfáltico à frio Camada Porosa de Atrito CPA 6-Manutenção do Atrito 6.1 Considerações Iniciais 6.2 Avaliações Periódicas da Resistência à Derrapagem com CFME 6.3 Avaliação Periódica da Textura Superficial 6.4 Requisitos Mínimos de Atrito e de Textura Superficial 6.5 Ações Corretivas Remoção de Borracha Jateamento d água sob alta pressão Jateamento d água sob ultra alta pressão Remoção química Remoção por impacto em alta velocidade Texturização superficial 7-Aspectos relacionados à Segurança 8-Referências bibliográficas 9-Anexos 9.1 Jateamento por impacto em alta velocidade shotblasting 9.2 Exemplos de aplicação do shotblasting em aeroportos em outros países. 9.3 Fotos de serviços de texturização em pistas de aeroportos Aeroporto Toulouse-Blagnac, França Aeroporto de Bagdá, Iraque Aeroporto de Lima, Peru Aeroporto Internacional de Brasília, Brasil Aeroporto Internacional de Congonhas, Brasil 6

7 1- Introdução A segurança operacional em pavimentos rodoviários e aeroportuários depende fundamentalmente do atrito que ocorre na interface roda/pavimento, através de seus pontos de contato mais próximos que são, em última instância, a borracha dos pneus e o material superficial dos pavimentos. É através desse atrito que se manifestam as forças de tração, frenagem e de controle direcional dos veículos. Eventuais deficiências de atrito costumam ser responsáveis por graves acidentes, com prejuízos materiais e humanos. Normalmente os pavimentos apresentam, quando secos, condição de atrito suficiente para garantir o deslocamento seguro dos veículos. Entretanto, a presença de contaminantes superficiais, como sujeira, água, óleo, borracha e outros, conduz à perda dessa condição, a qual deve ser corretamente quantificada para que sejam definidos os limites operacionais a serem obedecidos pelos operadores e usuários. O nível de atrito em pavimentos molhados depende de diversos fatores, tais como: - velocidade: o coeficiente de atrito decresce na medida em que a velocidade cresce, até que seja atingida a velocidade de aquaplanagem, quando o coeficiente de atrito chega praticamente a zero. - taxa de escorregamento ou derrapagem (em inglês slip ratio): a taxa de escorregamento para a qual ocorre o pico de atrito depende do tipo de superfície e do contaminante presente na mesma. - pressão de calibragem dos pneus: embora seja um parâmetro importante, é difícil estabelecer regras gerais para seus efeitos no coeficiente de atrito, pois seus efeitos dependem de outros fatores. - textura superficial: comentário idêntico ao anterior; - espessura da lâmina d água: idem. Nas superfícies molhadas o coeficiente de atrito assume valores entre praticamente zero, a partir da rolagem livre ( 0% de taxa de escorregamento) até um máximo, para valores da taxa de escorregamento entre 10 e 20%. Na medida em que a taxa de escorregamento cresce até atingir 100% (roda travada), o coeficiente de atrito decresce. Normalmente os sistemas de freio das aeronaves são projetados para operar na faixa de atrito máximo, na qual se obtém a máxima eficiência do sistema de freios. 7

8 Taxa de escorregamento x coeficiente de atrito Resumidamente, é possível estabelecer a seguinte sequência de causa e efeito, baseada em estudo de Tom Yager NASA 1983: - Condições climáticas como chuva e vento, associadas às características geométricas da superfície de rolamento condicionam a possibilidade de acúmulo de água nessa superfície; - As características dos pneus e da superfície de rolamento influenciam a capacidade de drenagem da água acumulada; Esses dois fatores, juntamente, definem o nível do atrito superficial. - O nível de atrito disponível, juntamente com as características de frenagem do veículo e das habilidades de seu condutor determinam o comportamento do veículo em um pavimento molhado. 8

9 Fatores que afetam a performance das aeronaves em pistas molhadas (Segundo Yager, 1983) A questão do atrito em pavimentos deve ser considerada de forma abrangente, passando pela obediência às normas de projeto dos pavimentos e seus revestimentos, pela escolha criteriosa dos materiais de construção a serem empregados nas superfícies de rolamento e de seus métodos executivos, e pelo controle sistemático de desempenho que subsidie um eficiente programa de manutenção dos pavimentos pelos órgãos responsáveis. Não há dúvida de que há forte correlação entre atrito superficial em pistas de rolamento e risco de acidentes. Portanto, o atrito é fator extremamente relevante para a segurança do tráfego, embora seja difícil isolar seu efeito no conjunto de possíveis causas geradoras de acidentes. Muitos estudos mostram o dramático aumento de risco de acidentes quando o atrito decresce abaixo de certos valores adotados como referência, em rodovias e pistas de aeroportos. Entretanto, quando todas as ações preventivas, no que se refere a aderência pneu/pavimento, não forem suficientes à impedir a ocorrência de acidentes, pretende-se que seus efeitos sejam ao menos minimizados. A questão da responsabilidade pelos acidentes ocorridos em vias urbanas, rodovias e pistas de aeroportos também deve ser vista pela possível inadequação das condições operacionais oferecidas aos usuários dessas vias e pistas. 9

10 2- Histórico A questão do atrito como fator de segurança operacional em pavimentos vem sendo considerada há bastante tempo em países mais desenvolvidos. Um exemplo importante a ser citado é o do Reino Unido. Lá, o problema da falta de aderência em superfícies de pavimentos vem sendo enfrentado desde que as primeiras estradas foram construídas. Já em 1930 o mecanismo da derrapagem foi explorado, usando-se uma motocicleta e um sidecar especial, cuja direção permitia múltiplos movimentos e facilidades de frenagem. Em 1988, o Departamento de Transporte daquele país introduziu índices mínimos de resistência à derrapagem para a sua rede viária principal. Esse padrão baseouse em muitas pesquisas realizadas em anos anteriores, que estabeleceram o efeito das condições das superfícies de rolamento sobre o risco de acidentes, e introduziam uma estratégia para a predição e controle desse risco. As pesquisas sobre resistência à derrapagem em superfícies de rolamento passaram a ser contínuas. A especificação de materiais que compõem essas superfícies e os métodos de sua execução também se desenvolveram desde então. A análise de acidentes passou a considerar as condições locais do pavimento, permitindo uma conexão entre suas características, resistência à derrapagem e o risco de acidente associado. Usando-se as informações obtidas em cada local de acidente, estatísticas puderam ser produzidas para indicar o risco de acidente que poderia ser causado pela falta de resistência à derrapagem. De modo geral, é maior o risco de acidente em locais de menor resistência à derrapagem, observando-se o aumento progressivo desse risco na medida em que essa resistência diminui. Como exemplo de meta a ser cumprida para redução do número de acidentes rodoviários, o Governo Britânico, através de sua Highways Agency, estabeleceu que até o ano de 2010, tendo como base as estatísticas do ano de 1994, deverá se perseguida a redução de 33% nos acidentes rodoviários envolvendo pessoas mortas e seriamente feridas e contribuição para a meta nacional de redução de acidentes envolvendo crianças, de 50%. Um componente importante da revisão da política britânica de controle da resistência à derrapagem foi revisitar a pesquisa que procurava relacionar a resistência à derrapagem à ocorrência de acidentes, na qual a política original era baseada. A norma produzida em 1988 definiu 13 categorias de locais em rodovias, refletindo as diferentes características da rede, em termos de geometria e da presença de cruzamentos. Para cada categoria de local valores padrão de referência de resistência à derrapagem foram definidos na norma, baseados em uma análise da relação entre acidentes e resistência à derrapagem em km de estradas. Como parte dessa revisão, uma nova análise de acidentes foi definida e uma revisão da norma para medição e interpretação da resistência à 10

11 derrapagem foi produzida, entrando em vigor nas estradas principais do Reino Unido em agosto de As mudanças introduzidas pela nova norma incluíram alterações nos equipamentos de medição de atrito modelo SCRIM (sigla de Side-Force Coefficient Routine Investigation Machine) e nas estratégias de pesquisa, revisão da definição das categorias de local e a introdução de uma gama de níveis investigatórios para cada categoria, diretrizes de investigação de local aperfeiçoadas, e uso objetivo de sinalização de estradas escorregadias. Acreditase que essa revisão de norma terá como resultado maior poder de tomada de decisões, levando à priorização mais efetiva dos orçamentos para manutenção rodoviária. Além disso, espera-se que o custo de antecipar o tratamento em locais para os quais a norma revisada atribuiria um padrão de referência mais alto irá ser recuperado através da redução dos custos com acidentes durante a vida útil do pavimento. Veículo medidor de atrito SCRIM Como forma de garantir a efetiva implementação da revisão da norma, e obter os benefícios previstos decorrentes, combinou-se programas de treinamento para engenheiros, avaliação crítica de propostas de manutenção através do processo de Gerenciamento das Agências Rodoviárias, e da implementação de auditorias. A nova norma foi introduzida em A principal referência para todas as normas e especificações, no que diz respeito ao projeto, construção e manutenção de estradas e pontes no Reino Unido é o Manual de Projetos para Estradas e Pontes. O manual é extensivamente usado por órgãos rodoviários locais e empresas de manutenção rodoviária, como documento de referência. O volume 7 é o principal, no que diz respeito a Projetos e Manutenção de Pavimentos, em cuja seção 3 está a Avaliação da Manutenção de Pavimentos, parte 1, Resistência à Derrapagem. Este estabelece como gerenciar a manutenção de níveis adequados de 11

12 resistência à derrapagem para troncos rodoviários, detalhando como as medições de resistência à derrapagem deverão ser feitas e interpretadas. O texto acima revela a preocupação com a questão do atrito ou resistência à derrapagem em rodovias no Reino Unido, procurando-se principalmente a diminuição da ocorrência de acidentes. Essa questão é o foco principal deste trabalho e deverá ser abordada seguidamente ao longo do mesmo. 12

13 3- Principais Conceitos 3.1 Atrito É a resistência que um objeto encontra ao se mover sobre outro objeto. A força contrária ao movimento é chamada força friccional ou de atrito. O atrito é provocado pela aspereza, ou seja, pela rugosidade das superfícies em contato. Quando uma superfície é esfregada na outra, tendem a se interpenetrar, observando-se uma resistência ao movimento relativo entre as mesmas. Cientistas concordam que o atrito é provocado pela coesão das moléculas localizadas nas superfícies que estão em contato. Esta adesão superficial ocorre por que nos pontos de contato as moléculas de cada superfície estão tão próximas que passam a exercer forças intermoleculares entre si. Portanto, desta maneira, nos pontos de contato as moléculas são praticamente soldadas a frio. A força de atrito pode ser associada à ruptura destas soldas diminutas. Experiências mostram que neste processo de ruptura pequenos fragmentos de uma superfície podem ser cortados e transportados para a outra superfície. Vale lembrar que a força de atrito em superfície que rola é menor do que em superfície que desliza na outra, pois as soldas microscópicas são descascadas e não cortadas como no outro modo de atrito. O atrito está presente em quase todos os tipos de movimento e é muito útil em alguns e inútil em outros. O atrito é muito útil em movimento como o andar pois se não houvesse atrito entre a sola dos sapatos e o chão isto não seria possível. A tentativa de andar sobre uma pista de gelo exemplifica essa dificuldade. Há atrito também entre as rodas dos veículos e a superfície dos pavimentos, onde as saliências ou estrias dos pneus servem para melhorar o atrito e melhorar o movimento. Atritos inúteis podem ser os que causam desgastes em peças de máquinas, ou em quaisquer peças móveis. Meios como o ar e a água também opõem resistência ao deslocamento pelo atrito. 3.2 Tipos de Atrito Atrito Estático É o atrito que atua enquanto o corpo está em repouso. Este atrito foi estudado pela primeira vez pelo cientista francês Coulomb ( ), que aplicou forças sobre um corpo de teste em repouso com o intuito de movimentá-lo. Sob a ação destas forças a superfície reagia exercendo sobre o corpo uma força de atrito. Nos primeiros instantes Coulomb percebeu que o corpo não se movimentava porque a força equilibrava o sistema, de acordo com a 1ª Lei de Newton. Mas, 13

14 depois de continuar aumentando a força, o físico conseguiu fazer o corpo se movimentar. Coulomb determinou experimentalmente a força mínima necessária para fazer o corpo movimentar. Essa força é chamada de FORÇA DE ATRITO ESTÁTICO ou FORÇA DE ATRITO DE DESTAQUE (ARRANQUE). Desta maneira, a força de atrito varia de zero (quando não há solicitação de movimento) até um valor máximo, quando é chamada de força de atrito de destaque. É importante notar que a força de atrito estático é igual à força mínima necessária para iniciar o movimento. Com estas experiências Coulomb estabeleceu algumas leis: 1. a força de atrito estático é independente da área de contato entre as duas superfícies; 2. a força de atrito estático é dependente da natureza das superfícies de contato; 3. a força de atrito estático é proporcional à força normal (perpendicular) às superfícies. A constante de proporcionalidade só depende da natureza das superfície em contato e é chamada de coeficiente de atrito estático Atrito Dinâmico Atrito dinâmico é quando há movimento relativo entre os corpos. Existem dois tipos de atritos dinâmicos: o de deslizamento ou escorregamento e o de rolamento. O primeiro é quando uma superfície escorrega sobre a outra sem que nenhum dos dois gire; e o de rolamento é quando um dos dois gira, como o movimento de uma roda. É claro que em algumas situações podem existir os dois tipos de atrito dinâmicos ao mesmo tempo. No atrito de deslizamento para iniciar um movimento é necessária uma força mínima maior que a força de atrito de destaque, mas para manter este mesmo corpo em movimento é preciso uma força menor que a força de atrito de destaque. Esta força menor é chamada de força de atrito dinâmico e tem as seguintes características: é menor que a força de atrito estático para as mesmas superfícies; é independente das áreas de contato; para velocidades não muito altas é independente da velocidade; é proporcional à reação normal de apoio. Um exemplo deste fenômeno é quando um carro é empurrado a partir do repouso. Primeiramente é exigida uma força grande até o carro iniciar o movimento, mas 14

15 depois que este se inicia uma força menor é necessária para mantê-lo em movimento. Para um par de superfície de mesmo material, o coeficiente de atrito dinâmico é menor que o estático. A força de atrito dinâmico varia com a velocidade. Para velocidades pequenas ela tem um valor constante. O coeficiente de atrito permite saber se a superfície exerce pouca ou muita resistência ao movimento. Quanto maior a aspereza de uma superfície maior será o seu coeficiente de atrito. 3.3 Coeficiente de Atrito É o resultado da divisão da força friccional ou de atrito, paralela à superfície de contato, pela força normal à essa mesma superfície. O coeficiente de atrito é um valor adimensional que expressa a oposição que as superfícies de dois corpos em contato apresentam ao deslizar uma em relação à outra. Usualmente este coeficiente é representado com a letra grega µ ( um ). O valor do coeficiente de atrito é característico de cada par de materiais, e não uma propriedade intrínseca dos materiais. Depende de muitos fatores tais como o acabamento das superfícies em contato e a velocidade do movimento relativo entre as superfícies consideradas. Usualmente se distinguem dois valores de coeficiente de atrito: Coeficiente de atrito estático ( µ e ), medido quando ambas as superfícies estão em repouso; Coeficiente de atrito dinâmico ( µ d ), medido quando as superfícies estão em movimento relativo entre si. Para ilustrar, são apresentados a seguir valores aproximados de coeficientes de atrito observados no contato entre alguns materiais: Valores Aproximados de Coeficientes de Atrito Superfícies em Contato Estático (µe) Dinâmico (µd) Teflon com Teflon =0.04 =0.04 Borracha no Concreto (molhado) = 0.30 = 0.25 Borracha no Concreto (seco) =1.00 = 0.80 Aço no Aço = 0.74 = 0.57 Metal com Metal (lubrificado) = 0.15 = 0.06 Juntas humanas = 0.01 = Pranchas de esqui (sobre neve molhada) = 0.14 = 0.10 Gelo em Gelo = 0.10 = 0.03 Madeira em Madeira (Áspera) = 0.50 =

16 Na publicação IPR/DNIT, Pesquisa de Asfaltos Modificados por Polímeros, de junho/1998, é apresentada uma tabela que relaciona as condições de segurança em rodovias com coeficientes de atrito disponíveis. Avaliação das Condições de Segurança Classe de resistência à Derrapagem CA Coeficiente de Atrito 1-Perigosa < 0,24 2-Muito lisa 0,24 0,30 3-Lisa 0,31 0,37 4-Insuficientemente rugosa 0,38 0,44 5-Medianamente rugosa 0,45 0,51 6-Rugosa 0,52 0,72 7-Muito rugosa > 0, Valor de Atrito VA (em inglês Friction Value FV) É o valor numérico do atrito dado por equipamento específico de medida. Para alguns equipamentos corresponde ao coeficiente de atrito multiplicado por 100. É importante esclarecer que certos valores de atrito estão relacionados a específicos equipamentos de medida, específico pneu de teste e específicas condições operacionais. 3.5 Derrapagem (em inglês Skid) É o deslizamento sobre uma superfície escorregadia. Para um veículo, derrapagem é o deslizamento da roda, total ou parcialmente travada sobre o pavimento. 3.6 Resistência à Derrapagem (em inglês Skid Resistance) É a força desenvolvida quando um pneu impedido de girar escorrega sobre a superfície de um pavimento. Mais correntemente, a resistência à derrapagem é tomada como uma propriedade da superfície do pavimento que condiciona o modo de condução e frenagem de um veículo. Estudos realizados demonstram consistente e alta correlação entre resistência à derrapagem e teor de betume de um revestimento. Quanto mais alto esse teor mais baixa é a resistência à derrapagem, com resultados que sugerem que o teor de betume pode ser o principal fator na composição da mistura afetando a resistência à derrapagem. Esses mesmos estudos indicam que a textura superficial de um pavimento, função de suas micro e macro-texturas, que são condicionadas pela composição da mistura do revestimento, é o fator de controle do nível de resistência à derrapagem em rodovias e pistas. Ainda, que a micro-textura superficial é mais 16

17 importante que a macro-textura no controle da resistência à derrapagem, sendo a primeira controlada pela quantidade de areia na mistura e a Segunda pela de pedrisco. Quanto ao filler, o aumento de seu teor na mistura do revestimento é correlacionado com o decréscimo da resistência à derrapagem. Macro e Micro-texturas Superficiais 3.7 Valor de Resistência à Derrapagem (em inglês Skid Number SN) É o valor de atrito medido de acordo com a norma ASTM274, a qual descreve a medição do atrito utilizando-se um pneu padronizado de teste, liso (em inglês smooth) ou ranhurado (em inglês ribbed), travado. O Valor de Resistência à Derrapagem é o coeficiente de atrito medido multiplicado por 100. A codificação do resultado medido informa a velocidade em que o teste foi executado e o tipo de pneu utilizado. Por exemplo, o valor SN65S=55 indica um coeficiente de atrito igual a 0,55 medido à uma velocidade de 65 km/h (40 mph), com pneu macio (Smooth). 3.8 Velocidade de Deslizamento (em inglês Slip Speed) É a velocidade relativa entre o pneu e a superfície de rolamento, no centro da área de contato. Uma roda girando livremente tem velocidade de deslizamento igual a zero e uma roda totalmente travada tem velocidade de deslizamento igual à velocidade de deslocamento do veículo. 3.9 Deslizamento Longitudinal, Proporção de Deslizamento Longitudinal É o quociente entre a velocidade de deslizamento pela velocidade de operação. 17

18 3.10 Ângulo de Deslizamento (em inglês Slip Angle) É o ângulo formado entre o plano da roda e a direção do deslocamento, tomado no centro da área de contato do pneu com a superfície de rolamento Resistência ao Deslizamento (em inglês Slip Resistance) É o coeficiente de atrito de uma superfície utilizada como piso, medido com equipamento específico tal como o Pêndulo Britânico Textura da Superfície de Rolamento A textura superficial de um pavimento influencia muitos aspectos da interação pneu-pavimento, incluindo o atrito na condição de superfície molhada, ruído de rolagem, o espalhamento ou salpico (em inglês splash) e o borrifo (em inglês spray), a resistência de rolagem e o desgaste dos pneus. Essa textura é decorrente da textura dos agregados que compõem o revestimento, de sua graduação na mistura e das técnicas de acabamento superficial. A textura superficial do pavimento não só pode contribuir para a interação pneu-pavimento mas também para a rápida drenagem superficial durante a ocorrência de chuvas. Em 1987 o Permanent International Association of Road Congresses PIARC, propôs quatro categorias para a classificação das características superficiais dos pavimentos, baseadas na amplitude e comprimento de onda das mesmas: irregularidades ou ondulações (em inglês unevenness), mega-textura, macrotextura e micro-textura. Além desses, os termos textura negativa e textura positiva são também mencionados na literatura, mas tem mais a ver com o método executivo do pavimento e com o tipo de material colocado na superfície Irregularidades ou ondulações tem comprimentos de onda acima dos limites da macro-textura, entre 500 mm até 100 metros (>20 polegadas). Superfícies que apresentam irregularidades ou ondulações com esses comprimentos de onda impactam a dinâmica do veículo, o conforto de sua dirigibilidade e a drenagem superficial do pavimento Mega-textura é um componente do perfil da superfície que indica quão plana é a superfície. Sua faixa de comprimento de onda fica entre 50 e 500 mm (entre 2 e 20 polegadas) e amplitudes verticais entre 0.1 mm à 50 mm (0.004 à 2 polegadas). Nível elevado de mega-textura é resultado típico de baixa qualidade de execução, recalques localizados ou de deterioração superficial. Uma baixa mega-textura reduz a demanda da suspensão dos veículos, especialmente durante a frenagem e condução, reduzindo também o empoçamento d água. Uma má mega-textura pode ser resultado de deformações de superfície, sulcagem ou más técnicas de execução, podendo afetar a drenagem da água e aumentar o risco de aquaplanagem. 18

19 Macro-textura é efetivamente a profundidade média dos vãos e vazios existentes entre as partículas do agregado bruto de uma superfície, ou seja, dos veios existentes entre os agregados que afloram à superfície do revestimento, que funcionam como canais para escoamento da água na chamada micro-drenagem superficial, contribuindo grandemente para a resistência à derrapagem em pavimentos molhados. Sua faixa de comprimento de onda fica entre 0.5 e 50 mm (0.02 e 2 polegadas) e amplitude vertical entre 0.1 e 20 mm (0.004 e 0.8 polegadas). A macro-textura desempenha o papel principal na característica de atrito de superfícies de pavimentos molhados, especialmente para veículos em altas velocidades. Uma boa profundidade de macro-textura colabora na drenagem da água, evitando a formação de poças ou lâminas de água capazes de causar aquaplanagem. Essa profundidade normalmente é da ordem de 1.0 mm. Uma boa profundidade de macro-textura é necessária para permitir a deformação mecânica do pneu (histerese) que dissipa energia sob a forma de calor. É relativamente estável e tem sido tradicionalmente medida pelo Ensaio de Mancha de Areia (em inglês Sand Patch Test) ou por perfilômetros à laser, viajando a velocidades normais de tráfego. Esta medição tem como resultado um valor chamado de Profundidade Média da Macro-textura (em inglês Average Texture Depth ATD). A macro-textura tende a fechar e diminuir com o tempo, pelo desgaste superficial ou pela deposição de contaminantes, como a borracha. A manutenção periódica é necessária para a remoção de contaminantes ou mesmo para a reabertura desses micro canais. Os processos normalmente utilizados são a remoção química de borracha ou a re-texturização superficial por jateamento, que além de remover contaminantes também refaz a rede de veios superficiais quando esses já apresentarem sinais de desgaste. Quanto ao tipo das macro-texturas, as positivas ocorrem quando o agregado se projeta para fora da superfície do revestimento, o que ocorre tipicamente nos tratamentos superficiais. As negativas, são de superfícies como a do concreto betuminoso usinado à quente (CBUQ) e em áreas estriadas de um pavimento ( grooved ), onde os veios superficiais se endentam ou se formam entre as partículas dos agregados numa superfície plana. A macro-textura, além de contribuir para a aderência dos pneus em superfícies molhadas também melhora a visibilidade do pavimento, reduz a reflexão da luz e melhora a percepção das marcas viárias da sinalização Micro-textura de uma superfície é proporcionada pela aspereza ou textura da superfície dos agregados individuais que afloram à superfície do revestimento, 19

20 que podemos sentir com a ponta dos dedos. Ela é influenciada pela mineralogia e textura cristalina dos agregados. Sua faixa de comprimento de onda vai de 1 mícron à 0.5 mm ( à 0.02 polegadas) e amplitudes verticais menores que 0.2 mm (0.008 in). É a principal contribuinte para a aderência ou resistência à derrapagem do pneu, particularmente em baixas velocidades (até 80 km/h). Usualmente é medida através do instrumento estático chamado Pêndulo Britânico. Normalmente essa aspereza é adquirida no processo de britagem das rochas que compõem o agregado superficial, e tem a tendência de se desgastar com o tempo, sendo importante a escolha de rochas de boa qualidade para que essa característica seja a mais duradoura possível. Entretanto, quando a superfície do agregado começa a apresentar sinais de polimento excessivo a superfície do pavimento como um todo deve ser recuperada, seja através de um processo de re-texturização ou da aplicação de um novo revestimento. Classificação PIARC 3.13 Mecanismos de interação pneu-pavimento No processo de interação pneu-pavimento se observa que o coeficiente de atrito depende de diversos fatores, como a presença ou não de água, velocidade de deslocamento relativo, tipo e condição do pavimento, composição da borracha dos pneus, pressão dos pneus e seu nível de desgaste. 20

21 Entre os mecanismos responsáveis pelo atrito pneu/pavimento estão a histerese e a adesão. O primeiro diz respeito à perda de energia que ocorre pela deformação da borracha enquanto esta se amolda à superfície do pavimento, que não depende da presença da água. O segundo, decorre dos vínculos intermoleculares entre a borracha do pneu e o agregado superficial do pavimento. Este mecanismo é o maior responsável pelo atrito em pavimento seco e é suscetível de grande redução quando o pavimento é molhado. Estes dois mecanismos sofrem alteração em caso de escorregamento entre as superfícies. Mecanismos de Atrito De acordo com estudos realizados, o mecanismo de força de atrito por histerese é relacionado à macro-textura enquanto que a força de atrito por adesão é relacionada à micro-textura da superfície do pavimento. Os pavimentos podem ser classificados em quatro categorias, em função de suas macro e micro-texturas, que definem as suas características de atrito nas situações seco e molhado: O tipo I é característico de pavimentos novos, com textura aberta e sem desgaste dos agregados superficiais, ou seja, com macro-textura aberta e micro-textura rugosa e áspera, obtém-se altos índices de histerese e adesão. Mesmo em condição molhada não há perda significativa de atrito devido à capacidade de escoamento da água sob o pneu em qualquer velocidade de deslocamento. O tipo II é característico de pavimentos que já apresentam algum desgaste em sua micro-textura e tem diminuída sua parcela de atrito por adesão. Aqui, o 21

22 mecanismo de histerese passa a ser mais importante, principalmente em condição de pista molhada. Pneus fabricados com material que apresente valores altos de histerese respondem melhor nessas condições. Neste caso, em que o pavimento ainda possui macro-textura aberta, o escoamento da água sob os pneus é possível, o que reduz o risco de aquaplanagem, embora, em casos de aumento da velocidade e da lâmina d água, o fenômeno possa ocorrer. O tipo III é característico de pavimentos com macro-textura mais fechada e microtextura rugosa, como costuma ocorrer em pavimentos recém construídos. Apresentam alto valor de atrito por adesão em pistas secas, pela boa microtextura. Em pistas molhadas, pela macro-textura mais fechada, o escoamento da água superficial acima dos veios superficiais, faz com que o atrito por adesão seja prejudicado. Os únicos canais possíveis para o escoamento passam a ser os sulcos dos pneus e a inclinação do pavimento. Neste caso há maior facilidade de ocorrência da aquaplanagem, O tipo IV caracteriza-se pela macro-textura fechada e micro-textura suave. Este tipo apresenta baixo valor do coeficiente de atrito em pista seca, pela menor adesão proporcionada pela baixa micro-textura, e em pista molhada pela incapacidade de escoar a água através da macro-textura fechada. Neste caso, devido aos valores reduzidos de atrito por adesão e histerese, é exigida mais distância de pista para executar a frenagem, mesmo em pista seca. 22

23 Como se observa, a tendência dos pavimentos é apresentar, com o tempo, a condição do tipo IV, quer pelo desgaste decorrente do uso como pelo acúmulo de contaminantes na superfície, que conduzem à redução progressiva das micro e macro-texturas, respectivamente. Essa tendência é que exige a intervenção periódica de manutenção nos pavimentos, principalmente nos aeroportuários, no sentido de que sejam restauradas e mantidas suas condições de segurança operacional Aquaplanagem A Fligth Safety Foundation, de acordo com a ASTF (2004), define que a aquaplanagem, ou hidroplanagem, inicia-se no ponto onde a elevação hidrodinâmica sob os pneus equivale ao peso do veículo conduzido pelas rodas. De acordo com estudos realizados nesta área, quando o pneu se desloca sobre um pavimento molhado é possível serem detectadas três zonas distintas de contato na interface pneu-pavimento. A zona 1, localizada na frente da zona de contato, cujo tamanho depende da velocidade do pneu, é a região com maior concentração de água e onde o risco de aquaplanagem é maior. A zona 2, intermediária, é a zona onde a lâmina d água é rompida e o contato pneu-pavimento começa a ocorrer. 23

24 A zona 3, a chamada zona seca ou de contato, é a região de melhor contato entre pneu-pavimento, onde a presença de água é praticamente nula. Na condição estática do pneu, a área de contato com o pavimento é toda na zona 3 e, na medida em que a velocidade aumenta surgem as zonas 1 e 2, com a correspondente redução da zona 3, até o momento em que esta desaparece e ocorre o fenômeno da aquaplanagem. É importante mencionar a possibilidade de ocorrência da chamada viscoplanagem, na zona 2 de contato, onde uma película d água entre o pavimento e o pneu atua como um obstáculo ao contato completo das arestas da superfície com a borracha do pneu. A água lubrifica a superfície e o atrito é reduzido. Esse fenômeno ocorre geralmente em pavimentos úmidos (após a chuva) enquanto o fenômeno da aquaplanagem ocorre em pavimentos bastante molhados (durante a chuva). 24

25 Ressalte-se que os tamanhos dessas zonas de contato ( 1, 2 e 3) não dependem só da velocidade, sendo também determinados pela textura superficial do pavimento, densidade e viscosidade do fluído, do padrão de desenho da banda de rodagem do pneu e sua pressão Espessura da lâmina d água Yager, Phillips, e Horne, 1970, estabeleceram as seguintes definições para os termos que indicam o nível de água na superfície de um pavimento: 25

26 Úmido (em inglês damp), assim definido quando a umidade presente altera a coloração superficial e a profundidade da lâmina é menor ou igual a 0,01 polegadas (0,254 mm), medida que pode ser feita com o medidor de lâmina d água da NASA Molhado (em inglês wet), assim definido quando a espessura média da lâmina d água está compreendida entre 0,01 e 0,1 polegadas (0,254 e 2,54 mm), medida que pode ser feita com o medidor de lâmina d água da NASA; Inundado (em inglês flooded), assim definido quando a espessura da lâmina d água exceder 0,1 polegada (2,54 mm), medida que pode ser feita com o medidor de lâmina d água da NASA. Quanto aos efeitos da espessura da lâmina d água no atrito, estes dependem da pressão dos pneus. Diferentes tendências tem sido observadas entre pneus que utilizam alta pressão (geralmente caracterizada quando igual ou superior a 100 psi), e aqueles que utilizam baixa pressão. Para pneus de avião com alta pressão, o efeito da espessura da lâmina d água varia com a textura superficial do pavimento; - Para pneus com alta pressão em superfícies com textura baixa, a curva atrito vs velocidade é praticamente idêntica para superfícies úmidas e inundadas. Nesse caso, a condição úmida produz perda similar de atrito a da condição inundada. - Para pneus com alta pressão em superfícies com textura elevada, a curva atrito vs velocidade varia em função da espessura da lâmina d água: Em pistas úmidas a curva característica não mostra alteração com o aumento da velocidade, indicando que o atrito se mantém; Em pistas inundadas o atrito decresce rapidamente quando a velocidade aumenta. Isto reflete o efeito da aquaplanagem dinâmica parcial, que se torna mais significativa quando a velocidade aumenta. - Para pneus que utilizam baixa pressão, o atrito é essencialmente independente da espessura da lâmina d água para valores excedendo 0,3 à 0,5 mm. 26

27 4- Medição do Atrito 4.1 Aspectos Gerais A medição do atrito em superfícies de rolamento tem como objetivo se verificar a necessidade ou não de ações corretivas para a manutenção da segurança operacional de seus usuários e também informá-los, caso dos pilotos de aeronaves, do estado da superfície das pistas antes das operações de pouso e decolagem, considerando ser este fator importante para a definição de suas atitudes de pilotagem. Em 1994, na terceira edição do Manual de Serviços dos Aeroportos (OACI Doc 9137-NA/898, segunda parte), a Organização de Aviação Civil Internacional OACI destacou a importância das características de atrito que constituem ainda hoje a causa principal de ultrapassagens de fim de pista e de saídas laterais. O custo elevado das modernas aeronaves de transporte de carga e passageiros de grande porte e a segurança das pessoas impõe o controle, com grande rigor, da qualidade da rugosidade das superfícies das pistas de pouso e decolagem. As pistas aeroportuárias apresentam, em relação às rodoviárias, especificidades, cujas mais importantes são a velocidade de operação dos veículos, a preponderância do coeficiente de atrito longitudinal, os problemas decorrentes da deposição de borracha, a necessidade de medidas imediatas em caso de dificuldades meteorológicas, a necessidade de correlação entre os diversos equipamentos de medida. Apesar da importância do atrito como parâmetro de segurança operacional em rodovias e pistas de aeroportos, é um dado difícil de se medir. Os equipamentos normalmente utilizados para essa finalidade são relativamente simples mas a força objeto da medida é muito sensível à diversos parâmetros difíceis de serem controlados. Assim, é comum haver diferenças entre medidas consecutivas da ordem de 5% na mesma superfície e com o mesmo equipamento. A medida da aderência em superfícies de rolamento pode ser feita através de medidas geométricas da textura superficial e, também, através da medida direta da aderência física. A OACI escolheu esse último método para a utilização em pistas de aeroportos. Quando se faz uma medida de atrito entre duas superfícies existem, na verdade, três entes envolvidos que são: o pneu de teste, a superfície de rolamento e algum tipo de contaminante interagindo com ambos. Como exemplos, os contaminantes podem ser a água (atrito molhado), partículas de poeira ou partículas soltas resultantes do desgaste superficial do pavimento. Os valores de atrito medidos dependem, em grande parte, das características desses três entes, das pressões existentes nas áreas de contato, as velocidades relativas entre eles, etc. 27

28 É apresentado, a seguir, um sumário com os principais fatores que influenciam o atrito em superfícies de pavimentos: Fatores que influenciam o atrito em superfícies de rolamento Superfície Contaminante (fluído) Pneu Estrutura Química Viscosidade Densidade Temperatura Condutividade Térmica Calor Específico Espessura do filme Macrotextura Microtextura Megatextura/Ondulações Química dos Materiais Temperatura Condutividade Térmica Calor Específico (extraído de Kummer and Sandberg) Padrão de desenho da banda Composição da Borracha Pressão de Calibragem Dureza da Borracha Carga Velocidade de Deslizamento Temperatura Condutividade Térmica Calor Específico Os equipamentos comerciais de medição do atrito podem ser divididos em dois grupos básicos:- decelerômetros (DEC) e equipamentos de medição contínua do atrito (em inglês Continuous Friction Measuring Equipment CFME). Um programa de trabalho conduzido pela NASA entre os anos de 1996 e 2000, envolvendo fabricantes de equipamentos de medição de atrito, de aeronaves, empresas de transporte aéreo e agências de governo de oito países, foi desenvolvido com o objetivo de harmonizar os resultados de medições de atrito obtidos com diferentes equipamentos em diversas condições de pavimentos e de clima. Nesse período foram realizados aproximadamente 400 vôos instrumentados de teste e mais de 9000 testes de atrito em condições de pista limpa e seca, sob chuva e artificialmente molhada, artificialmente inundada, neve solta e compactada, gelo liso e rugoso, com areia e gelo tratado com produtos químicos e neve derretida. Esse programa não visou apenas padronizar a medição de atrito em pistas de aeroportos mas também oferecer aos operadores dessas pistas parâmetros relacionando níveis de atrito medidos e ações necessárias à manutenção da segurança operacional decorrente desse fator. Dos parâmetros relativos à superficie, a textura é o mais importante, tendo a macro-textura recebido mais interesse nas pesquisas. 4.2 Equipamentos estáticos e dinâmicos Equipamento estático de medição de atrito é aquele que efetua medidas de atrito superficial sem necessidade de movimento. Como exemplo tem-se o Pêndulo Britânico. Esse tipo de equipamento fornece resultados de atrito relacionados à microtextura superficial e, portanto, não cobre outras características superficiais também responsáveis pela geração de atrito. 28

29 ( só o equipamento da direita) Equipamentos dinâmicos de medição de atrito são aqueles que precisam ser deslocados para realizar as medidas de atrito. Podem ser os decelerômetros ou os equipamentos de medição contínua, tipo CFME. Como o próprio nome diz, os equipamentos de medição do tipo CFME apresentam os resultados de atrito de forma contínua, que podem ser dispostos graficamente, enquanto os decelerômetros, sejam mecânicos ou eletrônicos, apresentam apenas resultados pontuais. Os CFME são geralmente montados em reboques tracionados por veículo autônomo, e apresentam uma roda de teste equipada com pneumático macio, de dureza padrão, posta à rodar livremente, sendo aplicada sobre a superfície do pavimento com uma carga vertical conhecida. Um fluxo controlado de água vai molhando a superfície de rolamento imediatamente à frente da roda de teste. Quando uma roda é progressivamente freada, à partir de um movimento de rotação livre até estar totalmente travada, a força de atrito à ela transmitida depende do nível de escorregamento de sua interface, o pneu, com a superfície de rolamento (a proporção entre a velocidade de escorregamento e a velocidade de operação). Esta situação é perfeitamente ilustrada em uma curva típica de atrito vs escorregamento, que mostra claramente que o atrito máximo ocorre para percentuais de escorregamento da ordem 10 à 15%. 29

30 (colocar valores no eixo dos xx) Curva de atrito x percentual de escorregamento O atrito em pavimentos pode ser medido através de quatro diferentes princípios: roda travada (100% de escorregamento), escorregamento constante (normalmente entre 10 e 20% de escorregamento), escorregamento variável (de 0 à 100 de escorregamento) e ângulo constante de escorregamento (usualmente 20 graus). Esses equipamentos podem utilizar pneus ranhurados ou lisos. Observase que medidas obtidas com pneus ranhurados são de alguma forma insensíveis a variações da macro-textura, sendo principalmente influenciadas pela micro-textura superficial. 0,15 à 0,20 Pneus padrão utilizados em testes de atrito CFME 30

31 A medida contínua da força gerada pelo deslocamento longitudinal de uma roda de teste, seguindo um dos princípios acima relacionados, permite calcular o valor médio do atrito para cada seção contínua de 5, 10 ou 20m. O processamento dos dados coletados é realizado através de programas de computador, os quais geram gráficos que indicam a variação dos coeficientes medidos ao longo do trajeto do equipamento. Gráfico de Atrito - MuMeter Equipamentos que utilizam o princípio da roda travada simulam condições de freadas de emergência para veículos sem dispositivos anti-blocagem, arrastando uma roda travada sobre um pavimento molhado com específica quantidade de água. Quando o freio é aplicado a força é medida e feita uma média da mesma durante um segundo após o travamento total da roda. Esses equipamentos geralmente são montados com seus próprios sistemas de molhagem da pista, capazes de produzir uma lâmina d água de 1 mm (0.04 pol.) de espessura. Equipamentos que utilizam o princípio da força lateral simulam a situação de um veículo trafegando em uma curva. Funcionam mantendo uma roda de teste num plano em ângulo com a direção do movimento (em inglês yaw angle), enquanto a roda é conduzida em rotação livre. A força lateral é medida perpendicularmente ao plano de rotação. A principal vantagem desse método é que pode medir o atrito continuamente ao longo de um trecho. Como exemplos desse tipo de 31

32 equipamento tem-se o MuMeter e o SCRIM (Side-Force Coefficient Routine Investigation Machine) ambos com origem no Reino Unido. Esquema de funcionamento do MuMeter MuMeter MK6 Douglas Equipment Limited 32

33 Equipamentos que utilizam taxas de escorregamento fixo e variável simulam a habilidade de um veículo frear usando sistemas de freio anti-bloqueio (ABS), com dispositivos que detectam o nível máximo de atrito. Esse equipamentos operam a roda de teste com velocidade angular inferior à que teriam se estivessem livre, com taxa fixa, geralmente entre 10 e 20%, ou variável, dentro de uma faixa de taxa de escorregamento definida em normas. Exemplos de equipamentos que operam com taxa fixa de escorregamento são o GripTester e o SAAB Friction, e exemplo com taxa variável o Norsemeter Road Analyser Recorder (ROAR). 33

34 Estão relacionados, a seguir, alguns dentre os equipamentos utilizados para medir o atrito dinâmico, com seus princípios de medição: Equipamentos de medida de atrito dinâmico Nome Pneu Método MuMeter Estampado Força lateral (7.5º) Skiddometer BV8 Ranhurado Escorregamento fixo (20%) Skiddometer BV11 Estampado Escorregamento fixo (17%) Griptester Liso Escorregamento fixo (14.5%) Norsemeter Oscar Liso Escorregamento variável SCRIM Liso Força lateral (20º) SCRIMTEX Liso Força lateral (20º) Skid Resistance Tester Estampado Roda travada As medições de atrito em pistas de aeroportos são geralmente realizadas com equipamentos móveis do tipo CFME. A FAA recomenda que as administrações de aeroportos onde operam aviões turbojato disponham ou tenham acesso a esses equipamentos de avaliação periódica do atrito. O processo de qualificação para CFME faz parte do Apêndice 1 da circular informativa FAA 150/ C, como resultado de um trabalho conduzido pela própria FAA, com a intenção de correlacionar resultados obtidos pelos equipamentos CFME existentes no mercado. Essa correlações, obtidas pela NASA em agosto de 1989, no Wallops Fligth Facility (Virgínia/USA), entre os equipamentos MuMeter, Saab Friction Tester, Skiddometer e Runway Friction Tester, fazem parte do Apêndice 2 do relatório nº DOT/FAA/AS Outros equipamentos foram posteriormente incorporados ao estudo e os resultados das correlações constam da tabela 3-2 Friction Level Classification for Runway Pavement Surfaces, página 22 da referida circular FAA. Observa-se que a tabela indica duas velocidades de teste. Conforme o item 3-16 da circular, a velocidade de teste mais baixa (40mph / 65km/h) fornece indicações quanto a condição do conjunto macrotextura/contaminantes/drenagem da superfície do pavimento. A velocidade de teste mais alta (60mph / 95km/h) fornece indicação da condição da microtextura. Um levantamento completo da 34

35 condição de atrito do pavimento deve incluir testes em ambas as velocidades. A instrução IAC 4302, em seu item 3.1.2, estabelece a utilização unicamente da velocidade mais baixa de 65 km/h para as medições dos coeficiente de atrito nas pistas em nosso país. A tabela da FAA fornece, para cada equipamento e velocidade de teste, valores referenciais do coeficiente de atrito que indicam a condição de segurança do pavimento em relação a esse item e a eventual necessidade de se programar ações corretivas. Outro item importante da circular é o 3-18, onde se recomenda, em certos casos, a realização de testes de atrito sob chuva, cujos resultados poderão melhor indicar o potencial de aquaplanagem do pavimento em locais específicos das pistas. Os resultados das medições realizadas com equipamentos CFME devem ser usados no controle da evolução do atrito superficial dos pavimentos e servir de referência à programação de trabalhos corretivos quando necessários. A qualidade dos dados obtidos depende fortemente da qualificação do pessoal responsável pela operação do equipamento, que deve estar também devidamente treinado para a condução desse tipo de medição. Essa qualificação exige treinamento constante de atualização, pois a experiência demonstra que quando o pessoal perde contato com o desenvolvimento do equipamento, sua correta calibragem, manutenção e técnicas de operação, a qualidade dos resultados é prejudicada. Em aeroportos onde testes de atrito são feitos com pouca frequência é recomendável que empresas especializadas sejam contratadas para a prestação desse serviço. Valores de atrito medidos com pavimento molhado são os mais largamente utilizados para a avaliação do estado do pavimento e como referência para ações corretivas quando necessárias. A razão para se medir o atrito em superfícies molhadas é que em superfícies secas o atrito é geralmente alto e não se constitui em problema operacional. Esta situação muda quando o pavimento é molhado, aumentando consideravelmente o risco de derrapagem. Nos Estados Unidos da América, muitas agências rodoviárias executam correntemente medidas de atrito através de equipamentos do tipo roda travada, com os pneus padronizados lisos e ranhurados. Testes são tipicamente conduzidos anualmente em trechos discretos de rodovias, devidamente localizados, e seus dados fazem parte de um sistema de gerenciamento de pavimentos ( em inglês Pavement Management System PMS), e podem determinar a época adequada de intervenção corretiva de atrito com propósito de manter a segurança dos usuários. 35

36 4.3 Índice Internacionais de Atrito Por muitos anos as comunidades rodoviária e aeronáutica internacionais se ressentiram de uniformidade nas medições de atrito em rodovias e pistas de aeroportos, sendo os valores de atrito disponíveis em cada país provenientes de diferentes equipamentos e métodos de medida não comparáveis. O Índice Internacional de Atrito (em inglês International Friction Index IFI), para utilização em pavimentos rodoviários, e o Índice Internacional de Atrito em Pistas (em inglês International Runway Friction Index IRFI), para pavimentos aeroportuários, são parâmetros de medida de resistência à derrapagem que tem como objetivo a harmonização dos resultados de atrito medidos através de diferentes equipamentos, em superfícies molhadas e em condições climáticas adversas, características do inverno. A idéia de formulação desses índices teve como finalidade fornecer valores de atrito universalmente compreendidos, principalmente pelos pilotos de aeronaves, que passariam a dispor de valores comparáveis de atrito, independente do aeroporto, país ou tipo de equipamento utilizado nas medições. Portanto, a busca de maior segurança operacional, principalmente em condições adversas de tempo como as apresentadas no inverno, conduziu à tentativa de harmonização e normatização dessas medidas. Do lado rodoviário coube à World Road Association promover os estudos e experimentos internacionais no sentido de harmonizar essas medidas, e pode ser estimado à partir de medidas da macro-textura e atrito, de acordo com a norma ASTM E 1960, Standard Practice for Calculating International Friction Index of a Pavement Surface. O IFI consiste de dois parâmetros: um que representa o coeficiente de atrito de um pavimento molhado medido com equipamento tipo CFME à velocidade de 60 km/h (F60), e outro chamado atrito de pavimento molhado à velocidade constante (Sp), dado em km/h. Este último é estimado à partir de um parâmetro medido da macro-textura superficial do pavimento chamado MPD (sigla em inglês de Mean Profile Depth), com valores em mm, medido através de equipamento à laser, que apresenta correspondência ao parâmetro MTD (sigla em inglês de Mean Texture Depth) medido através do teste de Mancha de Areia, com alto grau de correlação. O IFI é apresentado na forma IFI(F60,Sp). Do lado aeronáutico esse objetivo tem sido conduzido pela National Aeronautics and Space Administration NASA e Transport Canada TC, com suporte da Federal Aviation Administration FAA, Canadian National Research Council CNC, Canadian Department of National Defense DND, da francesa Societé Technique des Bases Aeriennes STBA e da Norwegian Civil Aviation Administration AVINOR, visando a redução do número de acidentes fatais em 80% em 10 anos e 90% em 25 anos. Esse programa em parceria, chamado de Joint Winter Runway Friction Program JWRFP, começou em 1996, com previsão de durar 10 anos. Também participaram, disponibilizando aeronaves e 36

37 equipamentos de terra, organizações e fabricantes de equipamentos dos Estados Unidos, França, Noruega, Escócia, Alemanha, República Theca, Japão e Reino Unido. Uma variedade de aeronaves instrumentalizadas e equipamentos de medição de atrito foram utilizados em aeroportos nos Estados Unidos, Canadá, Noruega, Alemanha, República Tcheca e Japão. Os dados obtidos durante essas investigações ajudaram a definir a metodologia para um Índice Internacional de Atrito em Pistas, cuja sigla em inglês é IRFI, para harmonizar as medidas de atrito obtidas de diferentes equipamentos de teste em terra. O primeiro objetivo do programa foi avaliar os sistemas de medida utilizados em diversos países. Esses equipamentos, que incluem sistemas de medida de atrito por força lateral (velocidade de escorregamento igual a velocidade do veículo x seno do ângulo da roda em relação à direção de seu deslocamento), taxa de escorregamento fixa (velocidade de escorregamento igual a velocidade do veículo x taxa de escorregamento) e roda travada (velocidade de escorregamento igual à velocidade do veículo de teste), foram utilizados na avaliação de mais de três dezenas de parâmetros de textura e também de atrito, em grande variedade de tipos de pavimento e pistas de aeroportos, com características superficiais bastante distintas. Os testes foram conduzidos em três diferentes velocidades e as medidas de textura foram realizadas com equipamentos estacionários e móveis. Para assegurar a harmonização das medidas desses equipamentos, o comitê ASTM E17 elaborou a norma E2100, intitulada International Runway Friction Index (IRFI), e um grupo de trabalho foi criado para especificar um teste de calibração de referência que assegurasse dados consistentes e precisos para a elaboração do IRFI. O outro objetivo do programa foi relacionar precisamente as medidas harmonizadas dos equipamentos de medição de atrito com a performance dos sistemas de freio das aeronaves. Considerando que uma importante prioridade do estudo era utilizar dados reais de aviões de passageiros para a obtenção dos dados relativos à performance de frenagem, diversas aeronaves de teste foram devidamente instrumentalizadas e disponibilizadas ao programa desde seu início, em janeiro de Os dados gravados em equipamentos instalados em aeronaves, chamados Quick Access Recorder QAR, Flight Data Recorder FDR, ou dos próprios sistemas de gerenciamento dessas aeronaves, foram coletados, analisados e calculados os valores de atrito nos seus sistemas de freio. De acordo com o projeto dos testes, após o pouso das aeronaves selecionadas, todas do tipo wide-body, dados locais de atrito medidos através de equipamentos em terra, como Eletronic Recorder Decelerometer ERD, International Reference Vehicle IRV e Ground Friction Measuring Device GFMD, do aeroporto local, eram usados para o cálculo do Índice Internacional de Atrito em Pistas, de acordo com a norma ASTM E2100. O valor IRFI e o valor de atrito efetivamente medido através do sistema de freio da aeronave eram comparados para avaliar o ajuste entre eles. 37

38 Entre os anos de 1996 e 2003, 10 aeronaves e 47 diferentes equipamentos de medição de atrito em terra registraram dados de atrito, num total de 442 vôos e mais de testes em terra, em aproximadamente 50 diferentes condições de pista. Aproximadamente 60 organizações em 16 diferentes países participaram desse programa com pessoal, equipamento, instalações e técnicas de trabalho. O desafio atual é fazer com que esses índices sejam considerados e adotados pelos organismos de governo responsáveis pelo controle da segurança operacional de rodovias e pistas de aeroportos. Do lado aeronáutico, a ICAO e organismos de diversos países já trabalham no sentido de que os resultados desses estudos venham a fazer parte de seus documentos, tais como manuais, circulares e publicações, e com isso seja reduzido o prazo de adoção dos mesmos pelos operadores de aeroportos e de aeronaves. Caminho similar deverá ser seguido pela comunidade rodoviária internacional. 4.4 Tempo de Fluxo (em inglês Outflow Time - OFT) O tempo de fluxo é uma medida de textura estatisticamente relacionada, realizada com o equipamento chamado Medidor de Fluxo (em inglês Outflow Meter). O equipamento consiste de um cilindro vertical transparente que se apoia na superfície do pavimento sobre um anel de borracha. Uma válvula no fundo do cilindro é fechada e o cilindro é cheio de água. Quando a válvula é aberta é medido o tempo, em segundos, necessário para que o escoamento de um volume determinado de água consiga vazar entre a superfície irregular do pavimento e a superfície plana do anel de borracha. Medidor de Fluxo 38

39 Esse tempo de fluxo é fortemente correlacionado com o os índices MTD (medido com o teste da Mancha de Areia) e o MPD (medido com equipamento a laser) utilizados sobre superfícies não porosas. A correlação entre MTD e OFT, medido pelo medidor de fluxo para superfícies não porosas no Wallops Flight Center Facility / NASA, foi a seguinte: ( 1 ) = 0.58 x (MTD) 0.15 com R² = 0.99 (OFT) sendo OFT em segundos e MTD em mm. A utilização do medidor de fluxo como instrumento de medição da drenagem superficial de pavimentos é regida pela norma ASTM E Menores tempos de fluxo indicam superfícies com maior macro-textura e mais micro-textura exposta, resultando em maior atrito entre pneu e superfície de rolamento, menor pressão da água sob o pneu e menor risco de aquaplanagem. 39

40 5- Aspectos Construtivos 5.1 Considerações Iniciais As características dos veículos e as ações de seus condutores definirão a magnitude da força de atrito requerida para concluir suas manobras com sucesso. Se o atrito gerado for insuficiente, a aderência, assim como o controle sobre a manobra intencionada, será perdida. Uma combinação adequada de macrotextura e micro-textura proporciona os níveis necessários de atrito. 5.2 Características básicas dos materiais de construção Resistência ao polimento o valor de resistência ao polimento de um agregado é caracterizado através do seu PSV, sigla de Polished Stone Value. Esse valor revela a tendência do agregado de perda de suas propriedades de atrito contra derrapagem, usualmente referidas como sua micro-textura. Ou seja, é um número que mostra a suscetibilidade do agregado ao polimento. Os agregados usados nas camadas de superfícies asfálticas tipicamente apresentarão resultados de 50 a 68, onde quanto mais alto este valor, maior a resistência ao atrito ou à derrapagem. (somente a figura da esquerda) 40

41 5.2.2 Índice AAV - Além das propriedades dos agregados de resistência à derrapagem, ou micro-textura, é também importante conhecer a durabilidade de tais propriedades. Isto geralmente é medido pelo valor de abrasão do agregado (em inglês Aggregate Abrasion Value AAV). O AAV é uma medida da resistência do agregado ao desgaste de sua superfície por abrasão seca. Agregados com baixo AAV terão rápido desgaste e isso exercerá efeito significativo sobre a profundidade da textura da superfície da pista, a macro-textura. O AAV é medido através da preparação de duas amostras, que são pressionadas contra a superfície de um disco de aço giratório, num plano horizontal, sob uma força de newtons por centímetro quadrado. Areia suprida por alimentadores é usada como abrasivo. Após 500 rotações do disco é medida a quantidade de material desgastado, calculando-se a redução de peso do agregado. A perda percentual de massa dos agregados é conhecida como Índice de Abrasão ( Aggregate Abrasion Value, AAV) e varia de 1, para seixos, até 16. Agregados usados em camadas asfálticas superficiais apresentam valores típicos de AAV entre 10 e 16, onde quanto mais baixo o valor, menor o desgaste encontrado. Observa-se que tanto o PSV quanto o AAV são importantes para a resistência à derrapagem, mas um agregado com alto PSV não apresenta necessariamente um bom AAV, e vice-versa Índice de Abrasão Los Angeles - O teste do Índice de Abrasão Los Angeles (em inglês Los Angeles Abrasion Value Test - LAAV) mede o desgaste do agregado face ao impacto de uma carga de 25 kg. Isto, contudo, não representa adequadamente a abrasão sob tráfego de pneus como simulado no teste AAV, sendo desta forma menos relevante para a avaliação da camada asfáltica superficial. 5.3 Procedimentos construtivos Fresagem Fina Consiste no aumento da superfície específica da face de rolamento do pavimento, através de processo de texturização, destinado a aumentar a sua macro-textura. Macro-textura são irregularidades superficiais compreendidas entre 0,50 e 50 mm, horizontalmente, e de 0,20 à 10 mm verticalmente. O ranhuramento promovido pela fresagem fina ajuda a drenagem da lâmina d água superficial sob os pneus, procurando manter o contato seco entre pneu e pavimento, mesmo que parcial, reduzindo a probabilidade de ocorrência de aquaplanagem. A fresagem fina é executada desbastando-se mecanicamente a superfície do revestimento asfáltico através do movimento rotatório contínuo de um tambor 41

42 provido de ferramentas de corte. As ranhuras formadas tem aspecto ondulado constante, de 8 mm de espaçamento e de profundidade. A fresagem fina é uma solução econômica que evita a remoção ou recapagem do pavimento desgastado ou polido, restaura os níveis de atrito necessários de forma rápida, corrige eventuais desnivelamentos do pavimento, diminui o borrifo fino d água ( spray ) e a probabilidade de ocorrência de aquaplanagem. Vale lembrar que a melhoria do nível de atrito por este processo resulta de sua ação junto à macro-textura superficial, em razão de não alterar substancialmente a sua micro-textura Estriamento (em inglês grooving) O estriamento ou ranhuramento superficial de pavimentos rígidos e flexíveis é uma técnica dirigida à redução do risco de aquaplanagem e aumento do atrito, este especialmente quando o pavimento encontra-se molhado. Apesar de sua larga aplicação, o estriamento de pistas com revestimento asfáltico está sujeito à diversos problemas que limitam sua durabilidade (aceleração do processo de oxidação superficial), e o desejado nível de funcionalidade (processo de obstrução pelo emborrachamento). Normalmente é executado com orientação transversal, podendo ser longitudinal ou transverso. O tipo transverso é mais comum em aeroportos que em rodovias. O tipo longitudinal é geralmente aplicado para redução de ruído e aumento do controle direcional dos veículos. Diversos perfis de estriamento tem sido utilizados incluindo o retangular, trapezoidal e arredondado. Orientações e normas para projeto, construção e manutenção de estriamento em pistas de aeroportos fazem parte do documento FAA-AC150/ C. Essas orientações foram desenvolvidas baseadas em resultados de extensos estudos sobre estriamento. Para revestimentos asfálticos tipo CBUQ / HMA as dimensões de norma são ¼ (0.6 cm) de profundidade, ¼ (0.6 cm) de largura e 1 ½ (4 cm) de espaçamento eixo a eixo. Para melhor avaliar o processo de deterioração do estriamento, as pistas podem ser vistas como divididas em quatro áreas: cabeceira, zona de toque, de frenagem e de manobra. A área de cabeceira é onde a aeronave se posiciona para início da decolagem e de aceleração dos motores. A zona de toque é a área de transição entre vôo e pouso. As áreas de frenagem e de manobra incluem seções próximas às saídas, interseções e pistas de taxiamento. O estriamento nas zonas de toque e área de frenagem é o mais seriamente danificado. Os danos incluem desgaste, fechamento e obstrução pela deposição de borracha. 42

43 Grooving em processo inicial de contaminação por borracha Grooving totalmente contaminado por borracha Desalinho do estriamento geralmente ocorre nas cabeceiras, no início do processo de aceleração das aeronaves, quando o pavimento é bastante solicitado tangencialmente à sua superfície. Nas áreas de manobra observam-se os menores danos, dos tipos desgaste e fechamento. Ademais, o tipo e grau de 43

44 deterioração observado em estriamentos dependem da locação do aeroporto. Desalinho e fechamento das estrias são mais comuns em regiões de clima quente. Por outro lado, quebras de bordo e desgaste são mais encontrados em regiões frias. Desalinhamento de Grooving Os danos mais sérios causados aos estriamentos são desgaste, fechamento e deposição de borracha. Desses, o desgaste e fechamento podem ser atribuídos diretamente às características do ligante asfáltico e do agregado. Tanto o desgaste, como o fechamento e o desalinho, são danos causados pelo comportamento plástico do revestimento, e resultam no colapso do estriamento. Esses danos são observados com grande frequência em revestimentos asfálticos de pistas localizadas em regiões de clima quente e sujeitas a operação de aeronaves de grande porte, principalmente em locais das pistas em que circulam em baixa velocidade Micro revestimento asfáltico à frio Em pavimentos asfálticos, o micro revestimento é utilizado para texturizar, selar, preencher trilhas de roda e aumentar o coeficiente de atrito. Sobre pavimentos de concreto, pode ser usado para texturizar e reduzir ruídos. Se bem projetado pode durar de 6 à 9 anos, dependendo do local e das condições da aplicação, podendo ser reciclado posteriormente. O micro revestimento é uma técnica econômica de manutenção preventiva, para rejuvenescimento da superfície de rolamento e para a proteção do pavimento. 44

45 Sendo um rápido e econômico tratamento superficial para pavimentos asfálticos e de cimento portland, o micro revestimento provê ao pavimento uma superfície de textura e coloração homogênea e com grande coeficiente de atrito. Tem aplicação em rodovias de alto tráfego, vias urbanas e pistas de aeroportos onde os pavimentos estejam estruturalmente adequados e os defeitos sejam de ordem funcional, tais como desgaste, polimento, e consequentemente baixo coeficiente de atrito superficial, sendo aplicado em espessuras que variam de 6 à 15 mm. Este tipo de revestimento deve ser executado por equipes qualificadas e equipamentos especialmente desenvolvidos para esse fim Camada porosa de atrito -CPA A execução de camadas porosas em capas de rolamento asfáltico é uma técnica que vem sendo difundida principalmente na Europa e Estados Unidos, onde é usada desde 1950, com o objetivo de melhorar as condições de segurança de tráfego em pistas de aeroportos e pavimentação rodoviária e urbana. A camada porosa de atrito é um CBUQ feito com um elevado volume de vazios de ar (20 25%), em espessuras que variam de 25 à 40 mm, de modo a que a água da chuva se infiltre na camada e percole através dela até sair pelas laterais da superfície de rolamento. Com isso, garante um elevado coeficiente de atrito, mesmo sob chuvas intensas. Sua textura mais elevada diminui o borrifo ou névoa gerada pelo tráfego, com efeito positivo na segurança. Sua aplicação exige superfícies em perfeitas condições e limpas para receberem a pintura de ligação que garantirá a adequada aderência da camada porosa. Um aspecto a ser destacado é que a camada porosa deve ser feita com asfalto modificado por polímero, em vista da baixa resistência ao trincamento por fadiga 45

46 que o elevado teor de vazios provoca, e também à oxidação mais acelerada do ligante, pela maior área superficial exposta aos raios solares, ao vapor d água e ao oxigênio do ar. Apesar da utilização de polímeros, a vida útil da uma camada porosa é menor do que a de um pavimento convencional pelos aspectos citados. Sua textura aberta aumenta o coeficiente de atrito da superfície do revestimento e reduz os riscos de aquaplanagem, embora aumente a susceptibilidade do revestimento à desagregação pela ação de forças tangenciais. Sua aplicação é extremamente benéfica à segurança no caso de rodovias e pistas de aeroportos, proporcionando considerável redução no número de acidentes. Entretanto, principalmente no caso de pistas de aeroportos, sua durabilidade é prejudicada devido à rápida colmatação dos poros por contaminantes, principalmente borracha, que reduzem gradativamente suas funções drenantes. Po esse motivo a FAA, através da AC Nº 150/ C, no capítulo 2, item 2.6.b, faz restrições à utilização de camada porosa em pistas onde operam aeronaves de grande porte, com movimento acima de 91 pousos/dia por cabeceira. CPA sem contaminantes CPA contaminado por borracha 46

47 6- Manutenção do Atrito 6.1 Considerações iniciais O termo atrito indica, muitas vezes, uma indesejável característica, mas em rodovias e pistas de aeroportos o atrito é indispensável para a segurança operacional dos veículos. As aeronaves, como os veículos rodoviários, devem poder mobilizar o atrito dos pneus sobre os pavimentos tanto para a realização de manobras direcionais como de redução de velocidade, sem a ocorrência de derrapagem. O atrito é que fornece a resistência à derrapagem necessária. Conforme definição do Highway Research Board, resistência à derrapagem é a força desenvolvida quando o pneu é impedido de deslizar ao longo da superfície do pavimento. A derrapagem é um fenômeno complexo que envolve fatores como: habilidade do condutor do veículo, características do veículo, características da superfície de rolamento e condições ambientais. Avaliações visuais das condições de um pavimento são importantes para a verificação de problemas estruturais e de drenagem mas não são suficientes para saber suas reais condições de atrito. Em razão disso são necessárias avaliações periódicas do atrito nos pavimentos, o que normalmente é feito com equipamentos de medição contínua do atrito (em inglês Continuous Friction Measurement Equipment CFME). Para o controle funcional do atrito, a OACI considera que uma pista pode ser dividida em três partes: - o primeiro terço, onde se situa a zona de toque, é o local onde as rodas são colocadas em rotação. Nesta área a aeronave geralmente se encontra em posição instável, procurando rapidamente estabelecer contato com o solo. A imprecisão direcional e a ação variável do vento lateral fazem com que esta zona de impacto se estenda efetivamente por todo este primeiro terço da pista; - o segundo terço corresponde à zona de frenagem mais intensa e é onde o atrito longitudinal é mais solicitado. Nesta zona a aeronave utiliza de forma decrescente os reversos, a fim de reduzir o barulho gerado, e a redução de velocidade se obtém essencialmente pela ação dos freios. - O terceiro terço é habitualmente utilizado apenas para se alcançar as saídas para as pistas auxiliares de taxiamento. Entretanto, certas situações de emergência, como no caso de pane de motor na decolagem, exigem frenagem intensa nesta área para que a aeronave não ultrapasse o final da pista. Se observa, também, que quando a direção do vento se inverte esse terceiro terço passa a primeiro, funcionando como zona de toque. Destas considerações deduz-se que o nível do atrito e seu controle tem igual importância ao longo de toda a pista, observando-se que a primeira parte é a que sofre maior nível de degradação em função da deposição de borracha. 47

48 É de se destacar também que o controle do atrito deve começar desde a colocação em serviço do novo revestimento, sendo essas primeiras medidas de atrito tomadas como referência para o controle de manutenção. Essa medida inicial de atrito apresenta um outro objetivo, considerando que algumas vezes em revestimentos betuminosos novos a aderência se revela insuficiente na condição molhado. Este fato se dá em função de que os revestimentos utilizados em pistas aeroportuárias costumam ser mais ricos em betume que os revestimentos rodoviários. Nestes casos é preciso remover uma parte desse ligante dos agregados superficiais para o restabelecimento das macro e micro-texturas superficiais exigidas. Essa operação se faz ou com jato d água ou com jateamento por impacto em alta velocidade ( shotblasting ). 6.2 Avaliações Periódicas da Resistência à Derrapagem com CFME Com o passar do tempo a resistência à derrapagem de uma superfície de rolamento se deteriora devido a uma série de fatores, os principais sendo o desgaste mecânico do revestimento pela ação dos pneus e o acúmulo de agentes contaminantes, principalmente borracha, na superfície dos pavimentos aeroportuários. Nesses pavimentos, nas extremidades das pistas, chamadas zonas de toque, a colocação em rotação das rodas do avião no momento de contato com o solo, provoca esforços tangenciais breves mas intensos, com altas temperaturas, que provocam a transferência de borracha dos pneus para a superfície do pavimento. Essas áreas se tornam rapidamente bastante lisas e sujeitas à derrapagens, principalmente quando molhadas. A perda de atrito, principalmente nesses locais, deve ser continuamente monitorada de modo à garantir os níveis mínimos de segurança. Em rodovias, mesmo em países desenvolvidos, medidas de atrito normalmente são realizadas apenas quando casos consecutivos de derrapagens são relatados e, em alguns casos, imediatamente após a construção da rodovia. Um país que está na vanguarda na monitoração do atrito em rodovias é o Reino Unido, que possui uma frota de equipamentos SCRIM que vem medindo o atrito na malha rodoviária há anos. Esses equipamentos são anualmente comparados e calibrados e os dados medidos são guardados num banco de dados. Naquele país o nível aceitável de atrito em rodovias varia com o tipo da estrada e do tráfego. Valores altos de atrito, em torno de 0.55 medidos com SCRIM, são indicados para cruzamentos e trechos de aproximação à balões ou rotatórias. Existem níveis de atrito de referência, abaixo dos quais medidas corretivas devem ser tomadas. Na Suécia, Noruega e Finlândia, a maioria das medidas de atrito durante o inverno são feitas com carros de passeio equipados com freios ABS e instrumentos de medida de desaceleração durante a frenagem. A medida da desaceleração do veículo decorrente da forte aplicação do freio é um indicador do atrito disponível. A vantagem desse método é que é relativamente simples e barato, podendo ser feito 48

49 diretamente pelo responsável pela manutenção dos trechos. É uma abordagem prática do problema que aparentemente funciona bem mas que apresenta como desvantagem o baixo nível de precisão, pois depende das condições e das características de cada veículo. No caso de pistas de aeroportos o efeito desses dois fatores é diretamente dependente do volume e do tipo de tráfego de aeronaves. Outros fatores que influenciam a taxa de deterioração dessa resistência são as condições climáticas locais, o tipo de pavimentação (CBUQ ou CCP), os materiais usados na construção do revestimento, eventuais tratamentos superficiais subseqüentes, e as práticas de manutenção adotadas. Os operadores de aeroportos que apresentam significativo tráfego de aeronaves à jato devem agendar avaliações periódicas do atrito de suas pistas. Estas avaliações devem ser executadas com equipamentos CFME, de medição contínua do atrito. As pistas utilizadas por aeronaves à jato devem ser avaliadas pelo menos uma vez a cada ano. Dependendo do volume e tipo (peso) do tráfego, as avaliações podem ser necessárias com maior freqüência, com as pistas mais submetidas a uso pesado sendo avaliadas à medida em que os sedimentos de borracha vão se formando. Testes de atrito em pistas de aeroportos onde operam aeronaves narrow body e wide body são normalmente executados com oito passadas do equipamento de medição em todo o comprimento da pista, quatro em cada lado da linha de centro, um em cada direção, à 3 e 6 metros da linha central, local de passagem dos trens de pouso dessas aeronaves, respectivamente. A lâmina d água de teste é de 1 mm de espessura e a velocidade do equipamento de 65 km/h (40mph). Cada teste de atrito fornece um gráfico de variação do coeficiente de atrito ao longo da pista, que permite identificar os locais ou trechos que requerem manutenção. Normalmente os gráficos indicam menores níveis de atrito nos trechos localizados nas zonas de toque, próximos às cabeceiras, que estão mais sujeitos à contaminação por borracha. Além das medidas pontuais, são apresentados nos gráficos médias para cada subtrecho de 100 metros de comprimento e para o comprimento total da pista. As tabelas a seguir, retiradas da circular FAA-AC150/ C, podem ser usadas como diretriz para a programação das pesquisas de atrito e para remoção de borracha nas pistas. Conforme a evolução dos coeficientes de atrito, é feito o agendamento das medidas corretivas necessárias. 49

50 Frequência de Medições de Atrito NÚMERO DE POUSOS DIÁRIOS DE AERONAVES TURBO JATO POR EXTREMIDADE DE PISTA FREQÜÊNCIA MÍNIMA DE PESQUISAS SOBRE ATRITO Menos que 15 1 Ano 16 a 30 6 meses 31 a 90 3 Meses 91 a Mês 151 a Semanas Mais do que Semana As técnicas atualmente utilizadas na remoção de borracha da superfície dos pavimentos podem ser de dois tipos: remoção através de jatos d água de alta pressão, acima de 750 kgf/cm² ( psi), e jateamento da superfície com granalha de aço. Essas duas técnicas aliam eficiência, não deterioração do revestimento e respeito ao meio ambiente. Além disso, são técnicas que apresentam alta produtividade, com mínima interferência na operação aeroportuária, são executadas com equipamentos de grande mobilidade, que podem ser removidos das pistas rapidamente em caso de emergência. Enfim, são técnicas que apresentam grande flexibilidade de utilização e rendimento elevado, potência de tratamento passível de calibragem a todo momento em função do grau de emborrachamento e das condições do revestimento para evitar desagregação. Essa operação tem como finalidade aumentar a rugosidade superficial, cujo resultado será avaliado pela medida da profundidade média da macro-textura superficial. Quanto às operações de remoção de borracha, a FAA recomenda que sejam feitas com a seguinte freqüência: Frequência de Remoção de Depósitos de Borracha NÚMERO DE POUSOS DIÁRIOS DE AERONAVES TURBOJATO POR EXTREMIDADE DE PISTA FREQÜÊNCIA SUGERIDA PARA REMOÇÃO DE SEDIMENTOS DE BORRACHA 2 Anos Menos de a 30 1 Ano 31 a 90 6 Meses 91 a Meses 151 a Meses Mais do que Meses A tabela a seguir, também tomada da circular FAA-AC150/ C, relaciona equipamentos de diversos fabricantes admitidos para a execução de testes de 50

51 atrito, tipo CFME, e fornece indicações e providências a serem tomadas em função dos resultados obtidos. Classificação do Nível de Atrito para Superfícies de Pavimentos de Pistas de Aeroportos Equipamento Mínimo 40 mph 60 mph Planejamento Novo Projeto Planejamento de / Mínimo de Manutenção Construção Manutenção Novo Projeto/ Construção Mu Meter Medidor de Atrito de Pistas da Dynatest Consulting Inc., Skiddometer Airport Equipment Co. Medidor de Atrito de Superfície de Aeroportos Griptester Medidor de Atrito Findlay, Irvine Ltd Medidor de Atrito Tatra Norsemeter RNAR (operado a um deslizamento fixo de 16%) Milha = 1, Km São recomendadas as seguintes avaliações e referências de manutenção, com base nos resultados de atrito classificados na tabela acima. Essas recomendações consideram que condições de atrito deficientes em curtas distâncias de pista não geram problema de segurança para as aeronaves, mas que longos trechos escorregadios não são permitidos e requerem ação imediata de correção. As ações seguem o seguintes critérios: a)quando o nível médio de atrito em trecho de no máximo 152 m de comprimento de superfície de pavimento molhado estiver menor que os apresentados na coluna Planejamento de Manutenção mas acima dos da coluna Mínimo, e nos trechos adjacentes anterior e posterior de igual comprimento forem iguais ou superiores aos de Planejamento de Manutenção, nenhuma ação corretiva é necessária. Essas leituras indicam que o atrito está se deteriorando mas a situação é ainda aceitável. b)quando o nível médio de atrito em trecho maior que 305 m de comprimento de superfície de pavimento molhado estiver abaixo dos relacionados na coluna Planejamento de Manutenção, o operador do aeroporto deverá conduzir avaliação precisa das causas da perda de atrito e providenciar as ações necessárias à sua correção. c)quando o nível médio de atrito em trecho de no máximo 152 m de comprimento de superfície de pavimento molhado estiver menor que os apresentados na coluna 51

52 Mínimo e nos trechos adjacentes anterior e posterior de igual comprimento forem inferiores aos de Planejamento de Manutenção, o operador do aeroporto deverá conduzir avaliação precisa das causas da perda de atrito e providenciar imediatamente as ações necessárias à sua correção. d)para superfícies de pavimentos novos destinados à operação de turbojatos o nível médio de atrito em trechos de 152 m de superfície de pavimento molhado deverá ser igual ou superior ao apresentado na terceira coluna Novo Projeto/Construção. 6.3 Avaliação Periódica da Textura Superficial Quando os valores médios de atrito medidos estiverem de acordo com os critérios apresentados em a, b e c do item anterior, medidas da profundidade média da macro-textura não são necessárias. Caso contrário e quando a causa do não enquadramento não for óbvia, como por exemplo consequência de depósitos de borracha, o operador do aeroporto deverá providenciar avaliações da profundidade média da macro-textura superficial do pavimento. A circular FAA-AC150/ C recomenda as seguintes profundidades médias de textura (ATD): a. Pavimentações Novas: A profundidade média de textura recomendada para a obtenção de uma boa resistência à derrapagem, em pavimentos novos de concreto ou asfalto, é de polegadas (1,14 mm) Valores mais baixos indicam deficiência na macro-textura, exigindo correção, a medida em que a superfície se deteriorar. b. Pavimentações Existentes: (1) Quando a medida da profundidade média da macro-textura de uma zona da pista (ou seja, zona de toque, meio e fim) cair para menos do que polegadas (1,14 mm), o operador do aeroporto deverá realizar medições da profundidade da textura a cada vez que uma pesquisa de atrito da pista for executada. (2) Quando a medida da profundidade média da macro-textura de uma zona da pista ficar abaixo de polegadas (0.76 mm), mas acima de 0,016 polegadas (0,40 mm), o operador do aeroporto deverá iniciar planos para a correção dessa deficiência, dentro de um ano. (3) Quando a medida da profundidade média da macro-textura de uma zona da pista cair para menos do que polegadas (0,25 mm), o operador do aeroporto deverá corrigir a deficiência da textura da pavimentação dentro dos próximos 2 meses. 52

53 6.4 Requisitos Mínimos de Atrito e de Textura Superficial Com o passar do tempo e devido à própria utilização dos pavimentos, a tendência natural é de degradação progressiva dos parâmetros que controlam o nível de atrito em suas superfícies, quais sejam, redução das suas macro e micro-texturas. Deve-se, portanto, fazer o acompanhamento evolutivo desses indicadores para que sejam tomadas as medidas corretivas quando necessário. Os requisitos de resistência a derrapagem para pistas de pouso e decolagem no Brasil fazem parte da Instrução normativa IAC Neste documento está definido que o valor médio do atrito, medido através de equipamento CFME em trechos de 100 metros de extensão, não poderá ser inferior ao nível de manutenção. Caso contrário, a administração aeroportuária deverá providenciar imediatamente a emissão de NOTAM (Notice To AirMen), indicando pista escorregadia em caso de pista molhada e a recuperação do nível de atrito acima do nível de manutenção. Igualmente, a profundidade média da macro-textura da superfície do pavimento deverá ser continuamente monitorada, para que seu valor esteja sempre acima do valor mínimo estabelecido. A frequência com que os ensaios de medição de atrito devem ser realizados decorre da experiência da administração aeroportuária, existindo, entretanto, indicações constantes da Circular Informativa da FAA-AC150/ e Airport Services Manual Part 2, da ICAO, que servem como referência. A DIRENG, no Brasil, subordinada ao Ministério da Defesa, também apresenta tabela que sugere a frequência com que deve ser feita a avaliação da condição superficial das pistas dos aeroportos internacionais brasileiros que, dependendo do movimento de cada um, essas avaliações devem ser feitas a cada 6 meses, 1 ou 2 anos. 6.5 Ações Corretivas Se o atrito funcional da superfície de rolamento for insuficiente, os órgãos responsáveis pela segurança das vias e pistas deverão recorrer às técnicas conhecidas de elevação do nível de atrito, seja pela remoção da borracha depositada, seja pela alteração da rugosidade superficial. No caso exclusivo de remoção de borracha, o serviço poderá ser executado com as técnicas de jateamento d água sob pressão e jateamento por impacto em alta velocidade, com granalhas de aço, conhecida como shotblasting. Nos casos em que seja necessária a alteração da textura superficial, poderão ser criadas ranhuras ou ser aplicado o jateamento por impacto em alta velocidade. Das técnicas acima mencionadas, cabe ressaltar que a de jateamento por impacto em alta velocidade vem sendo empregada com bastante sucesso em diversos 53

54 países da Europa, Estados Unidos e Canadá, pela sua eficiência no processo de texturização, pois atua nas macro e micro-texturas superficiais de forma totalmente controlada, e também nos serviços de remoção de borracha Remoção de Borracha As técnicas disponíveis para remoção da borracha depositada nas pistas aeroportuárias, notadamente nas zonas de toque, são as seguintes: - Jateamento d água sob alta pressão; - Jateamento d água sob ultra alta pressão; - Remoção química; - Jateamento por impacto em alta velocidade ( shotblasting ) - Remoção mecânica Jateamento d água sob alta pressão Através desse processo a borracha é removida por meio de um equipamento rotativo, que se move lentamente ao longo da superfície a ser limpa, através do qual a água é jateada com pressões que variam de à psi (137 à 1030 bar), com consumo de 30 galões (113 litros) de água por minuto. Há um efeito hidráulico que faz com que a água realmente penetre na superfície, efetivamente removendo os depósitos de borracha e com isso colaborando com elevação do coeficiente de atrito da superfície do pavimento. Os benefícios do uso desse equipamento são: A velocidade com que a borracha é removida, com produção da ordem de 900 m² por hora; O custo-benefício do processo; A melhoria do coeficiente de atrito do pavimento devido à penetração da água; A rápida liberação da pista em caso de emergência, embora com eventuais resíduos soltos de borracha. Um inconveniente desse processo é o consumo elevado de água. Por exemplo, a remoção de borracha de uma área de 30 x 300 metros gasta aproximadamente litros de água. Também, nessa faixa de pressão, quando se procura trabalhar com no máximo 700 bar de modo a não danificar a superfície do pavimento e diminuir sua textura superficial, o processo não é totalmente eficiente para a remoção da borracha Jateamento d água sob ultra alta pressão O processo é basicamente o mesmo anterior, mudando a pressão da água para valores em torno de psi (2.750 bar) e redução do consumo d água para valor em torno de 8 galões (30 litros) de água por minuto. Neste processo há, literalmente, um efeito de desbaste, que retira a borracha depositada e qualquer outro contaminante que estiver no caminho, mas também executando um 54

55 polimento superficial. A operação repetida desse processo exige a re-texturização do pavimento para restaurar o atrito aos níveis requeridos. Os benefícios deste processo são similares aos já descritos no item anterior, com menor consumo d água. O ponto negativo é o alto nível de desgaste produzido na superfície do pavimento Remoção química Os produtos químicos destinados a esse serviço devem ser ambientalmente seguros. O produto é finamente jateado sobre a superfície, que então é firmemente escovada num prazo aproximado de 4 horas. O produto químico quebra a estrutura da borracha polimerizada, transformando-a numa espécie de gel, que então é removida com jatos d água. Uma vez começado, a pista fica interditada até que o mesmo seja concluído, pois o gel em questão funciona como um sabão, bastante escorregadio. Adicionalmente, ocorre que esses produtos químicos atacam as borrachas dos equipamentos utilizados na limpeza e a deposição continuada dos dejetos desse processo nas laterais das pistas causam problemas ambientais que demandam serviços adicionais. O custo desse processo é bem mais oneroso que o de jateamento d água sob pressão Remoção por impacto em alta velocidade ou shotblasting Esse processo, cuja descrição mais detalhada poderá ser encontrada no item que trata de texturização superficial de pavimentos, basicamente utiliza o lançamento de granalhas de aço em alta velocidade sobre o pavimento, tendo como um de seus resultados a remoção de borracha e outros contaminantes. O jato pode ser ajustado para, além de remover a borracha, produzir a textura desejada para a superfície do pavimento. É um processo ambientalmente limpo, visto que é totalmente fechado. Basicamente, o processo funciona da seguinte maneira: a granalha é lançada sobre o pavimento, aspirada juntamente com o material removido da superfície, seguindo para um separador que recicla a granalha e encaminha o resíduo para uma câmara de filtragem, que retém a sujeira para posterior descarte, e devolvendo o ar limpo ao meio ambiente. Ressalte-se que a razão primária para a utilização desse processo geralmente é a re-texturização superficial. Esses equipamentos tem faixa de trabalho entre 50 e 200 cm de largura, com produção de 250 à 2000 m² por hora. Os principais benefícios desse processo são: Pode remover borracha e re-texturizar a superfície do pavimento num único serviço, com produção média de 900 m² por hora; Os equipamentos são auto-propelidos e podem ser rapidamente removidos das pistas em caso de emergência; O equipamento limpa a superfície enquanto trabalha; A re-texturização superficial, após a remoção da borracha, é decorrente da remoção de uma fina camada superficial, da ordem de 1 à 2 mm. 55

56 4.3 Índice Internacionais de Atrito Remoção de borracha por impacto em alta velocidade 56

57 Situação antes e após remoção de borracha por shotblasting Texturização Superficial A Circular Informativa FAA-AC150/ C, na seção que trata dos métodos utilizados para remoção de contaminantes, refere-se ao método de jateamento por impacto em alta velocidade como método HVIM, sigla em inglês de High Velocity Impact Method), também conhecido como shotblasting, utilizado não só para a remoção de borracha de pavimentos mas também, e principalmente, como procedimento utilizado no ajuste da desejada textura superficial do pavimento. Nesse documento o método é descrito como segue: Este método baseia-se no arremesso de partículas abrasivas em direção à superfície do pavimento em altíssima velocidade, removendo os contaminadores da superfície por jateamento. Além disso, a máquina que executa essa operação pode ser ajustada para produzir a macro-textura que for requerida. O abrasivo é mecanicamente impelido a partir das pontas periféricas de lâminas radiais para uma roda de alta velocidade, semelhante a um ventilador. Trata-se de uma operação limpa, em termos ambientais, totalmente autônoma. Coleta as partículas abrasivas, agentes contaminadores soltos e poeira da superfície da pista, separa e remove agentes contaminadores e poeira do que é abrasivo e recicla as partículas abrasivas para uso repetitivo. A máquina tem grande mobilidade e pode ser rapidamente retirada da pista, caso seja requerido pelas operações das aeronaves. Texturização por jateamento em alta velocidade shotblasting 57