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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Ullyano Souza Miranda DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA Anápolis Fevereiro 2015

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS …€¦ · universidade estadual de goiÁs unidade de ciÊncias exatas e tecnolÓgicas curso de engenharia civil ullyano souza miranda dimensionamento

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS

UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Ullyano Souza Miranda

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE

AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA

Anápolis

Fevereiro – 2015

Ullyano Souza Miranda

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE

AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA

Trabalho de Curso 2, apresentado à banca

examinadora do Curso de Engenharia Civil - UEG,

como exigência para aprovação na disciplina de

TC-2, sob orientação do Profº Dr. Benjamim Jorge

Rodrigues dos Santos

Anápolis

Fevereiro – 2015

FICHA CATALOGRÁFICA

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

MIRANDA, U. S. Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis de Aeroportos: Aplicação

do Método da FAA. TCC, Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás,

Anápolis, GO, 76p. 2015.

CESSÃO DE DIREITOS

NOME DO AUTOR: Ullyano Souza Miranda

TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO:

Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis de Aeroportos: Aplicação do Método da FAA.

GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2015

É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias

deste TCC, emprestá-las e divulga-las somente para propósitos acadêmicos e científicos. O

autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste TCC pode ser reproduzida

sem a autorização por escrito do autor.

_______________________________

Ullyano Souza Miranda 75240-000 - Bela Vista de Goiás/GO-Brasil

[email protected]

MIRANDA, ULLYANO SOUZA

Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis de Aeroportos: Aplicação do Método da FAA,

[Goiás] 2015.

xiv, 76P, 297mm (Universidade Estadual de Goiás, Bacharel, Engenharia Civil, 2015)

TCC - Universidade Estadual de Goiás / Orientador: Benjamim Jorge R. dos Santos

Curso de Engenharia Civil

1. Aeroportos 2. Pavimentos flexíveis

3. Métodos da FAA 4. Dimensionamento

5. FAARFIELD 6. Aeródromos

Ullyano Souza Miranda

DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS DE

AEROPORTOS: APLICAÇÕES DO MÉTODO DA FAA

Trabalho de Curso 2 apresentado e aprovado no dia __ de fevereiro de 2015 pela

seguinte Banca Examinadora:

____________________________________________

Profº Dr. Benjamim Jorge Rodrigues dos Santos

____________________________________________

Profº Henrique Steckelberg Sobrinho

____________________________________________

Profº MSc. Eder Chaveiro Alves

iv

“Abra os olhos para ver o muro em que você estagnou. E a partir daí, crie um

nova engenharia de pensamentos para enxergar além desse muro, e assim,

terás novas perspectivas”

Maurício Nuper

v

DEDICATÓRIA

Dedico a todos que ajudaram de alguma maneira a concretizar este trabalho,

contribuindo de forma a aprimorar os meus conhecimentos e não me deixando

desanimar.

vi

AGRADECIMENTOS

A Deus, por estar ao meu lado a cada dia e por ter dado sabedoria, calma e

paciência, muita paciência;

Aos meus pais, por estarem do meu lado sempre que preciso, apoiando

sempre, independente das circunstâncias;

Ao Orientador, que tanto ajudou, disponibilizando seu tempo para orientar

e desorientar, acompanhando sempre o trabalho;

Aos professores, que contribuíram e continuam contribuindo com minha

formação profissional e pessoal, através do conhecimento e experiência.

vii

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... x

LISTA DE QUADROS ............................................................................................ xi

LISTA DE ABREVIAÇÕES .................................................................................... xii

RESUMO.............................................................................................................. xiii

ABSTRACT .......................................................................................................... xiv

Capítulo 1: Introdução ........................................................................................... 15

1.1 Estrutura do Trabalho................................................................................. 17

Capítulo 2: Contextualização................................................................................. 19

2.1 Objetivos .................................................................................................... 20

2.1.1 Objetivo Geral ..................................................................................... 20

2.1.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 20

Capítulo 3: Fundamentação Teórica ..................................................................... 21

3.1 Sistema Aeroportuário................................................................................ 21

3.1.1 Breve histórico do transporte aeroviário no Brasil ............................... 21

3.1.2 Agencias regulamentadoras ............................................................... 22

3.1.3 Infraestrutura aeroportuária no Brasil .................................................. 24

3.1.4 Aeroportos e Aeródromos ................................................................... 26

3.1.5 Previsão do sistema aeroviário ........................................................... 27

3.2 Aeronave de Projeto .................................................................................. 28

3.3 Pavimento .................................................................................................. 29

3.3.1 Tipos de Pavimento ............................................................................ 29

3.3.1.1 Pavimento Flexível ........................................................................... 30

viii

3.3.1.2 Revestimento ................................................................................... 33

3.4 Estudo Geotécnico ..................................................................................... 33

3.5 O Método ................................................................................................... 35

3.5.1 Criação e Desenvolvimento do Método .............................................. 35

3.5.2 O Método da FAA ............................................................................... 37

3.6 Softwares ................................................................................................... 37

Capítulo 4: Metodologia para Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis ........... 40

4.1 Aeronaves de Projeto ...................................................................................... 40

4.1.1 Características das aeronaves ............................................................ 41

4.2 Dimensionamento (método tradicional) ...................................................... 42

4.3 Dimensionamento (utilização dos softwares) ............................................. 44

Capítulo 5: Aplicação Do Método Da FAA ............................................................ 46

5.1 Considerações Iniciais de Projeto .............................................................. 46

5.1.1 Estabilização de Camadas do Pavimento ........................................... 47

5.1.2 Mix de Aeronaves ............................................................................... 47

5.2 Dimensionamento (Cálculo pelo método tradicional) ................................. 49

5.2.1 Determinação da Aeronave de projeto ................................................ 49

5.2.2 Número de Decolagens Equivalentes ................................................. 50

5.2.3 Espessuras do Pavimento .................................................................. 53

5.3 Dimensionamento (Software FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN) ................ 55

5.4 Dimensionamento (Software FAARFIELD 1.305) ...................................... 60

Capítulo 6: Resultados e Análise Comparativa ..................................................... 66

6.1 Resultados ................................................................................................. 66

6.2 Análise Comparativa .................................................................................. 67

ix

Capítulo 7: Considerações Finais .......................................................................... 69

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 72

APÊNDICE ........................................................................................................ 76

Apêndice A: CRONOGRAMA .......................................................................... 77

ANEXOS .......................................................................................................... 78

Anexo 1: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE POUSO DE RODA SIMPLES. ......................................................................... 79

Anexo 2: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE POUSO DE RODA DUPLA. ............................................................................. 80

Anexo 3: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE POUSO DUPLO TANDEM. .............................................................................. 81

Anexo 4: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS PARA ÁEREAS CRÍTICAS. B747-100, SR, 200 B, C, F ............................................ 82

Anexo 5: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS PARA ÁEREAS CRÍTICAS. L-1011-100, 200 ............................................................. 83

Anexo 6: QUADRO 3.5B DO ANEXO 14 (ICAO,1999) .................................... 84

Anexo 7: RELATÓRIO DIMENSIONAMENTO (FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN) .......................................................................................................... 86

Anexo 8: RELATÓRIO DIMENSIONAMENTO (FAARFIELD) .......................... 89

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Estrutura de Pavimento Flexível ......................................................... 31

Figura 2 - Camadas do pavimento flexível ........................................................... 32

Figura 3 - Mecânica do Pavimento Flexível ......................................................... 32

Figura 4 - Tipos de Trem de Pouso de aeronaves ............................................... 41

Figura 5 - Peso bruto da aeronave, por trem de pouso ....................................... 41

Figura 6 Dimensões da Aeronave de projeto. ...................................................... 50

Figura 7- Dimensionamento da espessura total do pavimento............................. 53

Figura 8 - Tela inicial do Programa Flexible Pavement Design ............................ 55

Figura 9 - Tela referente à Etapa 1 (Flexible Pavement Design).......................... 56

Figura 10 - Tela referente à Etapa 2 (Flexible Pavement Design) ........................ 56

Figura 11 - Tela referente à Etapa 3 (Flexible Pavement Design) ........................ 57

Figura 12 - Tela referente à Etapa 4 (Flexible Pavement Design) ........................ 57

Figura 13 - Tela referente à Etapa 5 (Flexible Pavement Design) ........................ 58

Figura 14 - Tela referente à Etapa 6, 7 e 8 (Flexible Pavement Design) .............. 58

Figura 15 - Tela referente à Etapa 9 (Flexible Pavement Design) ........................ 59

Figura 16 - Tela Inicial do software (FAARFIELD) ............................................... 60

Figura 17 - Criando Novo Projeto (FAARFIELD) .................................................. 61

Figura 18 - Copiando Amostras de Pavimento (FAARFIELD) .............................. 62

Figura 19 - Janela da Estrutura do Pavimento (FAARFIELD) .............................. 63

Figura 20 - Mix de Aeronaves (FAARFIELD) ....................................................... 64

Figura 21 - Dimensionamento do pavimento (FAARFIELD) ................................. 64

Figura 22 - Observação quanto a Estabilização das camadas (FAARFIELD)...... 65

Figura 23- Base e Sub-base Estabilizadas (FAARFIELD) ............................. 65

xi

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 Ranking de aeroportos segundo ACI .................................................... 25

Quadro 2 - Exemplo de modelos de aeronaves ................................................... 40

Quadro 3 - Modelo de Mix de Aeronaves ............................................................. 48

Quadro 4 - Espessura Total do Pavimento por Aeronave .................................... 49

Quadro 5 - Número de decolagem equivalente para o Mix de Aeronaves ........... 51

Quadro 6 - Decolagens Anuais baseada na Aeronave de Projeto ....................... 52

Quadro 7 - Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Método Tradicional) 66

Quadro 8 - Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Software Flexible

Pavement Design) ................................................................................................ 66

Quadro 9 -Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Software FAARFIELD

1.305) ................................................................................................................... 67

xii

LISTA DE ABREVIAÇÕES

ACI - Airports Council International

ACN - Número de Classificação da Aeronave

ANAC - Agência Nacional de Aviação Civil

CBR- Parâmetro de Suporte California Bearing Ratio

COMAER - Comando da Aeronáutica do Brasil

COMAR - Comando Aéreo Regional

DAC - Departamento de Aviação Civil

DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo

DIRENG - Diretoria de Engenharia da Aeronáutica

DNER - Departamento Nacional de Estradas e Rodagem

FAA - Federal Aviation Administration

FAB - Força Aérea Brasileira

IAC - Instituto de Aviação Civil

IATA - International Air Transport Association

ICAO - International Civil Aviation Organization

INFRAERO - Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária

ISC - Índice de Suporte Califórnia

NAD - Número Anual de Decolagem

ONU - Organização das Nações Unidas

PCN - Número de Classificação do Pavimento

PMD - Peso Máximo de Decolagem

xiii

RESUMO

Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída

sobre a superfície final de terraplanagem. Para se dimensionar pavimentos flexíveis

de aeroportos, baseia-se no método analítico ou em métodos empíricos

consagrados. No ano de 1981, a Organização da Aviação Civil Internacional – ICAO

recomendou a aplicação de um método simples em que se define o peso limite das

aeronaves que podem operar sobre determinado pavimento. Esse método de

dimensionamento de pavimentos aeroportuários foi normatizado pela Federal

Aviation Administration – FAA, a qual, elaborou ábacos de dimensionamento de

pavimentos asfálticos, utilizando o valor do CBR do subleito como entrada, a carga

máxima da aeronave e o número máximo de decolagens anuais. Mas com o

desenvolvimento tecnológico, nos últimos anos, vários softwares computacionais

foram criados com o intuito de facilitar o dimensionamento do pavimento, dando

apoio ao projeto e reduzindo tempo e custo. No Brasil, ainda se utiliza o

dimensionamento de forma empírica, acredita-se que o desconhecimento teórico

do método, pode ser um fator que restringe a migração do cálculo mecanicista para

o informatizado. Entretanto, ao dimensionar um pavimento flexível de aeroporto,

através de cálculos manuais e os comparar aos resultado obtidos através do

dimensionamento utilizando-se os softwares descritos e disponibilizados pela FAA,

é possível verificar as vantagens e economia que os softwares, como o FAARFIELD

possibilita ao projeto.

Palavras chave: Aeroportos, Aeródromos, Pavimento, Flexível, Métodos da FAA, Dimensionamento, Softwares, FAARFIELD

xiv

ABSTRACT

Floor is a multilayer structure of finite thickness, built on the final surface leveling.

To scale flexible pavements airports, based on the established analytical method or

empirical methods. In 1981, the International Civil Aviation Organization - ICAO

recommended the application of a simple method that sets the weight limit of aircraft

that can operate on a given floor. This design method of airport pavements was

regulated by the Federal Aviation Administration - FAA, which drew up abacuses

sizing asphalt pavements, using the subgrade CBR value as input, the maximum

load of the aircraft and the maximum number of annual departures. But with

technological development in recent years, several computer software was created

in order to facilitate the pavement design, supporting the design and reducing time

and cost. In Brazil, using the scaling empirically, it is believed that the lack of

theoretical method may be a factor that restricts the migration of mechanical

computer for calculation. However, the scale a flexible pavement airport via manual

calculations and compare the results obtained by scaling using the software

described and made available by the FAA, you can see the advantages and savings

that software like FAARFIELD enables the project.

Key words: Airports, aerodromes, Floor, Flexible, FAA methods, Sizing, Software,

FAARFIELD

15

Capítulo 1: Introdução

O método da Federal Aviation Administration - FAA1 para dimensionamento

de pavimentos flexíveis aeroportuários se fundamenta nos parâmetros de suporte

California Bearing Ratio – CBR2 (MEDINA, 1997). Esse método foi concebido pelo

corpo de engenheiros do exército americano e devido aos avanços tecnológicos e

computacionais, vem passando por uma série de mudanças, como a utilização de

softwares3 computacionais no lugar de ábacos para dimensionamento.

(FORTES,2007)

O método da FAA é conhecido e utilizado em grande parte da esfera global,

pois normatiza o projeto, a execução e o controle dos aeródromos4. É o método

mais utilizado no dimensionamento de pavimentos aeroportuários. O Brasil, como

os países que integram a International Civil Aviation Organization – ICAO, segue

as recomendações contidas em seu anexo 14, que abordam a pavimentação

aeroportuária (ICAO, 1999). A FAA, recomenda a utilização dessa metodologia

para o projeto e construção de aeródromos. (FAA, 2008)

Para se dimensionar um pavimento, pode-se basear no método analítico de

dimensionamento, através do qual pode-se determinar as condições das camadas

do pavimento com base em análises matemáticas aplicadas ao estudo das tensões

e deformações, ou, pode-se aplicar métodos empíricos consagrados

É possível, também, dimensionar pavimentos com base na observação do

desempenho de aeródromos, em procedimentos experimentais. O Número de

Classificação da Aeronave - ACN, representa o valor referente ao efeito da

1 FAA é o órgão regulamentador da aviação norte americana, cujos padrões são reconhecidos

internacionalmente.

2 O ensaio CBR, foi baseado nas estradas da Califórnia, onde vários testes comprovaram sua eficiência.

3 Software é uma sequência lógica de instruções interpretada por um computador, com o objetivo de executar

tarefas específicas.

4 Aeródromo é toda área destinada a pouso, decolagem e movimentação de aeronaves. Por sua vez, aeroporto

é um aeródromo dotado de instalações para facilitar embarque de pessoas e cargas.

16

aeronave sobre o pavimento. O Número de Classificação da Pista - PCN,

representa a capacidade da estrutura de suportar as cargas aplicadas. Assim, ao

conhecer a espessura do pavimento de um aeródromo e as aeronaves que o

trafegam, torna-se possível, baseado na experiência, determinar um pavimento

para aqueles tipos de aeronaves. (SANTOS, 2014)

Nesse sentido é importante que os pavimentos aeroportuários possuam uma

condição estrutural satisfatória, de modo que não apresentem problemas que

comprometam adversamente a segurança e o desempenho das aeronaves e

suportem o tráfego ao qual estão sendo submetidos.

O Método de cálculo de pavimento recomendado pela FAA, possibilita um

dimensionamento mais seguro e realístico. Com a aplicação correta do método,

utilizando o mix5 de aeronaves preponderantes da pista, bem como utilizando-se

de uma previsão do aumento do fluxo de cada aeronave, ou seja, da taxa de

crescimento anual, e com a realização do estudo geotécnico respectivo, se torna

possível uma maior segurança, economia e garantia de um dimensionamento

confiável durante uma vida útil de serviço de 20 anos. (SILVA, 2009)

Na aplicação do método computacional da FAA, os cálculos manuais são

praticamente inexistentes. Há uma gama de softwares gratuitos disponível para o

público, sendo eles, de variadas aplicações. A divulgação e utilização desses

softwares no Brasil é pequena, o que não condiz com os benefícios de tempo,

investimento e precisão que eles possibilitam.

Com a aplicação do método, busca-se apresentar os principais softwares

para dimensionamento de pavimentos flexíveis de aeroportos, bem como, o método

tradicional, também sugerido pela FAA. O estudo apresenta as principais

características dos aeroportos, aspectos de seu funcionamentos, órgãos

envolvidos, partes constituintes, organizações regulamentadoras, aeronaves,

5 Mix de Aeronave, é um conjunto de aeronaves de projeto para um determinado aeródromo, ou o grupo de

aeronaves atuantes em um determinado aeródromo.

17

aeródromos, histórico do transporte aéreo no Brasil e também, a metodologia

aplicada para o cálculo tradicional e o fluxograma da utilização dos softwares.

A espessura do pavimento, foi obtida conforme a determinação de

aeronaves de projeto (mix de aeronaves padrão) e com o CBR da sub-base,

baseando-se assim, no método da FAA de dimensionamento de pavimentos

flexíveis de aeroportos. As características e tipos de pavimentos foram abordados,

bem como, sua estrutura e configuração de camadas, de modo que, fosse descrito

de forma geral os elementos necessários para a compreensão da estrutura do

pavimento aeroportuário.

1.1 Estrutura do Trabalho

O trabalho encontra-se dividido em 7 capítulos, acrescido das referências

bibliográficas, conforme descrito a seguir:

Capítulo 1: INTRODUÇÃO

Esse capítulo apresenta um breve relato sobre o trabalho e o tema da

pesquisa, aborda sua importância, justificativa e traz uma breve descrição da

metodologia utilizada;

Capítulo 2: CONTEXTUALIZAÇÃO

De forma breve, o capítulo contextualiza o assunto abordado, referenciando

as questões norteadoras e os objetivos do trabalho;

Capítulo 3: REFERENCIAL TEÓRICO

Apresenta o levantamento de fontes que deram subsídios para o

desenvolvimento da presente monografia

18

A pesquisa ou revisão bibliográfica, constitui-se na leitura, análise e

interpretação de livros, periódicos, textos, normas, entre outros. O material é

selecionado e as leituras são acompanhadas de anotações e fichamentos, que

servem para fundamentação teórica do estudo.

Capítulo 4: METODOLOGIA PARA DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS

FLEXÍVEIS

No capítulo, são apresentados os métodos de cálculo, empírico,

mecanicista, e os principais softwares para o dimensionamento de pavimentos

aeroportuários, segundo aplicação do método da FAA.

Capítulo 5: APLICAÇÃO DO MÉTODO DA FAA

No capítulo, são apresentados os dados de projeto e do dimensionamento,

incluindo o fluxograma de cálculo manual e da aplicabilidade dos softwares.

Capítulo 6: RESULTADOS E ANÁLISE COMPARATIVA

Os dados do dimensionamento e dos procedimentos, oriundos do capítulo

5, são dispostos nesse capítulo. Assim, é apresentado uma análise comparativa

dos resultados.

Capítulo 7: CONSIDERAÇÕES FINAIS

O capítulo aborda as principais conclusões resultantes das análises feitas no

trabalho, sugerindo observações para trabalhos futuros.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

São descritas as referências bibliográficas utilizadas para a composição do

trabalho.

19

Capítulo 2: Contextualização

Mediante a disponibilidade de softwares gratuitos para o dimensionamento

de pavimentos aeroportuários, tais como: Flexible Pavement Design; LEADFAR

1.3; COMFAA 3.0; FAARFIELD 1.305; FAAR PAVEAIR disponíveis pela FAA, os

métodos manuais de cálculos ainda são utilizados no Brasil.

A utilização dos métodos tradicionais de dimensionamento, bem como os

empíricos, pode não ser vantajoso mediante os recursos de softwares atuais.

Acredita-se que ao utilizar o método mecanicamente, os aspectos econômicos,

sustentáveis e de segurança podem não ter a mesma precisão se comparados com

o uso dos softwares.

Acredita-se que a falta de pesquisas e investimentos na área de ampliação

aeroportuária, pode ser um dos fatores predominantes para o desinteresse na

utilização dos softwares. Também, o desconhecimento teórico do método, pode ser

outro fator que inviabiliza a substituição do cálculo mecanicista para o

informatizado. (SANTOS,2014)

Então, até que ponto se torna necessário ou vantajoso utilizar softwares para

a obtenção da espessura de pavimentos flexíveis de aeroportos? A utilização

desses softwares é de fato relevante? Os resultados do cálculo mecanicista ou

através de softwares são equivalentes? Essas são questões iniciais que norteiam

o trabalho.

20

2.1 Objetivos

2.1.1 Objetivo Geral

Este trabalho tem como objetivo apresentar o dimensionamento de um

pavimento flexível de aeroporto, através de cálculos manuais e comparar os

resultados com os obtidos através do dimensionamento utilizando-se os softwares

descritos e disponibilizados pela FAA.

2.1.2 Objetivos Específicos

Apresentar as vantagens de informatizar os cálculos para a obtenção da

espessura do pavimento flexível aeroportuário;

Identificar as dificuldades encontradas durante do procedimento de

dimensionamento baseado nos softwares;

Analisar os resultados obtidos pela aplicação de metodologias mecanicistas

e empíricas, e também através da utilizado de softwares;

Quantificar o tempo necessário de dimensionamento para cada método e

software apresentado;

Descrever de forma objetiva a metodologia de utilização dos softwares;

Analisar a aplicabilidade dessas metodologias.

Divulgar no meio acadêmico os softwares para dimensionamento de

pavimentos, disponibilizados gratuitamente pela FAA.

21

Capítulo 3: Fundamentação Teórica

3.1 Sistema Aeroportuário

3.1.1 Breve histórico do transporte aeroviário no Brasil

A locomoção de pessoas e o transporte de mercadorias são importantes no

desenvolvimento de qualquer região, para isso, dispõe-se de rodovias, ferrovias,

hidrovias, aerovias e toda forma de locomoção possível. É conhecido que o Brasil

não possui uma malha rodoviária em boas condições, nem a existência de ferrovias

que consigam suplantar a demanda de consumo e tampouco uma malha hidroviária

de grande potencial econômico. (MACHADO, 2012)

Quanto ao sistema aeroviário, tem-se que é um dos setores mais dinâmicos

da economia, apresentando, uma maior mobilidade, acesso a regiões remotas,

velocidade e eficiência no transportes e possibilidade de grandes volumes de

pessoas e mercadorias. Não deixando de lado a importância no turismo mundial.

(PEREIRA, 2013)

O transporte aéreo Brasileiro, se comparado à alguns lugares do mundo em

número de aeroportos, está longe de ser o ideal. Mas segundo o Instituto de

Aviação Civil (IAC, 2007), está crescendo e acompanhando a economia. Isso se

dá devido ao crescimento econômico, avanços tecnológicos, redução dos preços

das passagens e inserções de novas empresas e modalidades de oferta, junto ao

mercado nacional.

Historicamente, no contexto do trabalho, salienta-se o crescimento do

transporte aéreo a partir da última década, assim, de forma breve, pode-se dizer

que foi a partir da liberação do mercado, com a inserção da empresa GOL, no ano

de 2001, que a nova política de ofertas de voos iniciou a consolidação do

mercado.(MACHADO, 2012)

22

A evolução do setor entre 2000 e 2010 foi marcada pela mudança das

empresas líderes e pelo alto crescimento da demanda. Ao final do século XX, havia

quatro grandes empresas no mercado: Varig, Vasp, Transbrasil e TAM (GRAHAM,

2008). No ano de 2006, a Varig foi comprada pela GOL. Atualmente, a aviação civil

no Brasil está concentrada nas duas maiores empresas do mercado, TAM e GOL,

que juntas detêm aproximadamente 75% do total de assentos ofertados em voos

domésticos e quase a totalidade dos voos internacionais realizados pelas empresas

brasileiras (BITA, 2011).

Segundo a Airports Council International - ACI, os países emergentes

principalmente aqueles pertencentes ao bloco BRICS6, no qual o Brasil se

enquadra, têm presenciado um crescimento do setor aéreo e recebe atenção das

empresas internacionais pelo desempenho econômico e oportunidade de ganhos.

O Crescimento turístico também tem seu peso, a realização de eventos

internacionais como a Copa do Mundo e Olimpíadas alavancaram novamente o

setor.

Por fim, tem-se que o crescimento visto na América Latina se deve em parte

à participação do transporte aéreo brasileiro, uma vez que, quase metade do

movimento de passageiros na América Latina é representada pelo Brasil em 40,3%

(ACI, 2010)

3.1.2 Agencias regulamentadoras

Segundo ALVES (2012), o transporte aéreo no Brasil é gerenciado através

do Ministério da Defesa (Comando da Aeronáutica) que tem como finalidade apoiar,

controlar e desenvolver a aviação civil brasileira. Já a Agência Nacional da Aviação

Civil (ANAC) regulamenta o sistema. Juntamente com essas organizações, a

6 O grupo BRICS, é um grupo político de cooperação, formado pelo Brasil, Rússia, Índia, China e África do

Sul.

23

gestão aeroportuária foi atribuída à Empresa Brasileira de Infraestrutura

Aeroportuária (INFRAERO), vinculada à Secretaria de Aviação Civil.

Além dessas agencias regulamentadoras, no Brasil tem-se outras agencias

importantes, tais como: DAC – Departamento de Aviação Civil; IAC – Instituto de

Aviação Civil; FAB - Força Aérea Brasileira; COMAER – Comando da Aeronáutica

do Brasil, DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo

Mesmo com tantas agências regulamentadoras, o Brasil se orienta com base

nas associações mundiais responsáveis por caracterizar, regularizar e normatizar

as operações relevantes ao transporte aéreo. Tais como:

ICAO – International Civil Aviation Organization, com sede em Montreal e

filiada à ONU7, congrega mais de 150 países, com os quais se discutem,

determinam e/ou recomendam direitos e deveres de seus membros, padronizando

as operações do transporte aéreo internacional. Suas recomendações foram

agrupadas em 17 anexos técnicos, sendo o 14 o mais importante;

IATA – International Air Transport Association reúne companhias aéreas de

quase todo o mundo, definem tarifas e condições de serviço para os

transportadores, bem como, visa uma exploração segura, eficaz e econômica;

ACI – Airports Council International reúne as principais empresas

administradoras de aeroportos. A INFRAERO é a representante brasileira;

FAA – Federal Aviation Administration, órgão regulamentador norte

americano, cujos padrões são reconhecidos internacionalmente. Por sua vez,

dispõe regulamentos e circulares técnicas sobre aeronaves, tripulação, espaço e

tráfego aéreo, navegação, administração e aeroportos;

7 Organização das Nações Unidas – ONU: É uma organização internacional cujo objetivo declarado é facilitar

a cooperação em matéria de direito internacional, segurança internacional, desenvolvimento econômico,

progresso social, direitos humanos e a realização da paz mundial.

24

3.1.3 Infraestrutura aeroportuária no Brasil

Na última década, como mostra a história, o Brasil cresceu significativamente

quanto ao setor aeroviário, entretanto, não conseguiu acompanhar o crescimento

quanto a infraestrutura dos aeroportos.

O crescimento da demanda pelo transporte aéreo não corrobora

com a ampliação da infraestrutura aeroportuária. A situação dos

aeroportos brasileiros mostra-se preocupante, sendo considerado um

obstáculo para o desenvolvimento do setor aéreo. O complexo

aeroportuário, no que diz respeito à capacidade operacional e de

infraestrutura se apresenta ineficiente em comparação aos aeroportos

localizados além da fronteira nacional. (MACHADO, 2012, p.03)

Os principais aeroportos brasileiros são gerenciados pela INFRAERO, no

entanto, não há visto que a infraestrutura desses aeroportos passem por

ampliações para acompanhar a demanda. Assim, na tentativa de minimizar esses

efeitos advindos da falta de infraestrutura aeroportuária, alguns dos aeroportos

brasileiros atualmente estão sobre gestão privada. (PEREIRA, 2013)

Segundo a INFRAERO (2014), ela se torna responsável por administrar os

principais aeroportos do país. No total, são 63 aeroportos que movimentam

anualmente cerca de 179 milhões de passageiros, equivalendo a 2,9 milhões de

pousos e decolagens, ou seja, 97% do movimento do transporte aéreo brasileiro.

A falta de planejamento, adequação e infraestrutura da malha aeroviária

brasileira, fica caracterizada pela saturação dos principais aeroportos do país. O

que pode ser confirmado verificando o ranking de aeroportos da ACI (2010),

disponível no Quadro 1.

25

Quadro 1- Ranking de aeroportos segundo ACI

Posição País Cidade Aeroporto Passageiros

2010

1 Estados Unidos Atlanta Hartsfield-Jackson

Atlanta Intl (ATL)

89.331.622

2 China Pequim Beijing Intl (PEK) 73.948.113

3 Estados Unidos Chicago O'hare Intl (ORD) 66.774.738

4 Reino Unido Londres Heathrow (LHR) 65.884.143

5 Japão Tóquio Haneda Intl (HND) 64.211.074

6 Estados Unidos Los Angeles Los Angeles Intl (LAX) 59.070.127

7 França Paris Charles de Gaulle

(CDG)

58.167.062

8 Estados Unidos Dallas Dallas/fort Worth Intl

(DFW)

56.906.610

9 Alemanha Frankfurt Frankfurt-main (FRA) 53.009.221

10 Estados Unidos Denver Denver Intl (DEN) 52.209.377

11 China Hong Kong Hong Kong Intl (HKG) 50.348.960

12 Espanha Madri Barajas (MAD) 49.844.596

13 Emirados Árabes Dubai Dubai Intl (DXB) 47.180.628

14 Estados Unidos Nova

Iorque

John F Kennedy Intl

(JFK)

46.514.154

15 Holanda Amsterdã Amsterdam Schiphol

(AMS)

45.211.749

16 Indonésia Jacarta Soekarno-hatta Intl

(CGK)

44.355.998

17 Tailândia Bangkok Suvarnabhumi Intl

(BKK)

42.784.967

18 Cingapura Cingapura Changi (SIN) 42.038.777

19 China Guangzhou Guangzhou Baiyun Intl

(CAN)

40.975.673

20 China Xangai Pudong Intl (PVG) 40.578.621

47 Brasil São Paulo Guarulhos Intl (GRU) 27.432.346

162 Brasil Salvador Salvador Intl (SSA) 8.371.981

175 Brasil Rio de

Janeiro

Santos Dumont (SDU) 7.833.588

178 Brasil Belo

Horizonte

Confins Intl (CNF) 7.599.323

193 Brasil Porto

Alegre

Salgado Filho Intl

(POA)

6.766.987

196 Brasil Curitiba Afonso Pena Intl

(CWB)

6.429.113

199 Brasil Recife Guararapes Intl (REC) 6.364.877

220 Brasil Fortaleza Pinto Martins Intl

(FOR)

5.441.732

1287 Brasil Ponta Porã Ponta Porã Intl (PMG) 338

1296 Finlândia Utti Utti (UTI) 14 Fonte: ACI (2010)

26

Num contexto mundial, analisando-se o quadro 1, temos que em

infraestrutura os aeroportos brasileiros, encontram-se abaixo do patamar mundial.

O principal aeroporto se encontra apenas na 47ª posição mundial, com uma

capacidade de 61,9 milhões de passageiros/ano a menos que o primeiro

apresentado.

Como visto historicamente, o país apresenta uma crescente demanda de

malha aeroviária. Tornando-se necessário um plano estratégico do governo, que

possibilite um desenvolvimento aeroportuário condizente com a necessidade do

país.

3.1.4 Aeroportos e Aeródromos

Segundo a ANAC (2014) Aeroportos são os aeródromos públicos dotados

de instalações e facilidades para apoio de operações de aeronaves e de embarque

e desembarque de pessoas e cargas.

Os aeroportos, comparados com a demanda nacional, não são capazes de

suprir as necessidades logísticas e comerciais do país, torna-se então, necessário

enfatizar a importância dos aeroportos de médio porte e todos os aeródromos

nacionais, os quais fazem parte da malha aeroviária e são de extrema importância

devido a quantidade. (MACHADO, 2012)

De acordo com o Código Brasileiro de Aeronáutica (Lei nº 7.565, de 19 de

dezembro de 1986), aeródromo é toda área destinada a pouso, decolagem e

movimentação de aeronaves, podendo ser classificados em civis (quando

destinados ao uso de aeronaves civis) e militares (quando destinados ao uso de

aeronaves militares). Os aeródromos civis podem ser públicos ou privados. (IAC,

2007)

27

Os projetos de implantação de aeródromos precisam ser aprovados

pela DECEA (Departamento de Controle do Espaço Aéreo) e pela

DIRENG (Diretoria de Engenharia da Aeronáutica), bem como ser

homologado pela ANAC (Agencia Nacional da Aviação Civil), tendo, caso

privado, registro no COMAR (Comando Aéreo Regional). IMA 58-10 de

16/07/1990 apud Alves (2007)

O Brasil, no ano de 2008, segundo a ANAC, possuía 2.498 aeródromos,

sendo 1.759 privados e 739 públicos. Esse número comparado ao ano de 2014,

segundo a própria ANAC, mostra que não houve um aumento significativo dos

aeródromos no país

Apesar do baixo índice de progressividade dos aeródromos nos últimos

anos, um dado se torna importante para esse trabalho. Segundo os dados contidos

no site da ANAC (lista e descrições dos aeródromos) tem-se que dentre os

aeródromos atuais, aproximadamente 38% não são pavimentados, e dos 62%

pavimentados, apenas 1,7% possuem pavimento rígido. Assim, em quase sua

totalidade, os aeródromos do Brasil apresentam pavimento flexível.

3.1.5 Previsão do sistema aeroviário

Segundo dados da IATA (2011), a região da América Latina apresentou um

crescimento muito acima da média, cerca de 12,1%, considerando voos

internacionais e domésticos. Enquanto, o Oriente Médio apresenta o segundo maior

crescimento com 9,8%, seguido pela Europa (8,5%), Ásia/Pacífico (4,7%), África

(4,3%) e América do Norte (2,8%).

Tem-se que esse crescimento se prolongará, uma vez que, estudos da ACI

(2009) prevê que do ano de 2009 ao ano de 2029, um intervalo de 20 anos, a

quantidade de passageiros da América Latina, vai ter um crescimento de 171,80%

28

Segundo ACI (apud MACHADO, 2012, p.08), o crescimento visto na América

Latina se deve à participação do transporte aéreo brasileiro, que contribui com

cerca de 40,3% dos passageiros.

Com base na situação global da aviação, bem como na previsão

característica citada e levando-se em consideração o progresso da infraestrutura

aeroportuária dos últimos anos, pode-se dizer que, o Brasil possui uma demanda

expressiva e crescente por aeródromos e aeroportos.

Segundo a Folha de São Paulo (2015), em 2012 o governo anunciou um

plano de aviação regional cujo objetivo era a construção ou reforma de 270

aeroportos regionais no país, ao custo de R$ 7,2 bilhões. Entretanto, o plano ficou

engavetado e somente em janeiro de 2015 que o novo ministro da Aviação Civil,

Eliseu Padilha anunciou a possibilidade das primeiras licitações, segundo ele:

“Vamos fazer um esforço hercúleo para, neste ano, ter as primeiras licitações, vai

depender da agilidade de Estados e licenças ambientais”.

3.2 Aeronave de Projeto

Para Fortes (2007) o dimensionamento de pavimento, utiliza a aeronave que

precisar de maior espessura de pavimento, e não necessariamente a mais pesada

(peso máximo de decolagem x nº de partidas x tipo do trem de pouso). Cada tipo

de aeronave, que estiver na lista de decolagens anual, deverá ser avaliada.

Para Medina (1997) sendo o pavimento dimensionado para um conjunto de

aeronaves, se faz uma busca de qual aeronave exige a maior espessura de

pavimento, esta aeronave é chamada de aeronave de projeto

Quanto ao mix de aeronaves considerado para o dimensionamento, as

informações podem ser coletadas na base de dados HOTRAN disponível no site

da ANAC, considerando como base a tabela fornecida pela INFRAERO com

valores estimados de comprimento mínimo para acesso à saída rápida.

29

3.3 Pavimento

O Pavimento é uma estrutura constituída sobre o subleito, cujo objetivo é

agregar adjunto ao solo uma resistência suficiente para que seja suportado a

repetição das cargas das rodas, no caso, dos aviões. Assim, as solicitações são

distribuídas pelas camadas do pavimento e subleito à fim de sofrer a menor

deformação possível.

Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras

finitas, construída sobre a superfície final de terraplanagem, destinada,

técnica e economicamente, a resistir aos esforços oriundos do tráfego de

veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de

rolamento, com conforto, economia e segurança. (BERNUCCI et al. ,2006)

Um pavimento aeroportuário deverá possuir boa capacidade de suporte de

carga (estrutural), bem como, boa rugosidade, resistência à derrapagem e

regularidade em todos os sentidos. Segundo Cardoso (1990), a função de um

pavimento é, genericamente, a de suportar as cargas atuantes, mantendo um

determinado nível de qualidade de circulação, sem deterioração apreciável durante

o seu período de vida útil.

3.3.1 Tipos de Pavimento

O pavimento pode ser dividido em rígido, semirrígido ou flexível. O

Pavimento rígido, têm uma camada superior constituída por cimento, seguidas de

uma ou duas camadas de agregado estabilizado ou não com ligante hidráulico. O

pavimento semirrígido, apresenta uma ou duas camadas superiores constituídas

por misturas betuminosas seguidas de uma camada de base constituída por

agregado estabilizado com ligante hidráulico que por sua vez poderá assentar ou

30

não numa sub-base granular. Já o Flexível, apresenta as camadas superiores

formadas por misturas betuminosas, seguidas inferiormente por camadas de

material granular. (Cardoso, 1990).

Como visto, os pavimentos rígidos são pouco usados nos aeroportos

brasileiros. No Brasil, somente alguns aeroportos possuem pavimentos rígidos nas

suas pistas de pousos e de decolagens (INFRAERO, 2008). Para Santos (2014),

pavimento rígido não é recomendado para aeroportos de pequeno porte devido ao

custo inicial de implantação ser superior ao dos pavimentos flexíveis.

A utilização de pavimento rígido é recomendável nas áreas de

reabastecimento, manutenção e pátio de manobra dos aviões. Para Fonseca

(1990) são nessas áreas que ocorrem os serviços de reabastecimento e

manutenção de aeronaves e equipamentos diversos, sendo, portanto, indicado o

uso de pavimentos rígidos devido à maior resistência química do concreto-cimento

aos combustíveis, óleos e lubrificantes que, porventura, venham a ser derramados

sobre a superfície desses pavimentos.

Dessa forma, segundo a INFRAERO (2008), em quase toda a totalidade, as

pistas de pouso e decolagem dos aeroportos brasileiros são de pavimento flexível.

3.3.1.1 Pavimento Flexível

Como o pavimento flexível é o objetivo de estudo desse trabalho, ele

mereceu uma atenção maior. A designação de pavimentos flexíveis (Figura 1),

criada pelo Asphalt Institute em 1960, refere-se a um pavimento constituído por

uma ou mais camadas de misturas betuminosas que assentam diretamente sobre

camadas granulares. A suportar as camadas granulares está um maciço semi-

infinito designado por fundação. (Moreira, 2006).

31

Figura 1 - Estrutura de Pavimento Flexível

Os pavimentos flexíveis podem possuir misturas betuminosas fabricadas a

quente ou misturas betuminosas fabricadas a frio. As misturas betuminosas

fabricadas a frio são produzidas, espalhadas e compactadas sem aquecimento dos

materiais e são compostas por agregados aos quais se junta uma emulsão

betuminosa (ligante), podendo, ainda, adicionar-se água e aditivos. Os diversos

tipos de misturas a frio são: agregado britado de granulometria extensa tratado com

emulsão betuminosa; mistura betuminosa aberta a frio; micro aglomerado

betuminoso a frio; revestimento superficial betuminoso; e lama asfáltica.

De modo geral, pode-se dizer que o pavimento flexível é formado por

camadas que não trabalham à tração, essas camadas têm a função de distribuir a

carga de suporte e são formadas geralmente por materiais granulares, os materiais

de melhor qualidade ficam mais próximos da superfície. (Santana, 2007)

Em geral o pavimento flexível é constituído por quatro camadas:

Revestimento - Camada que recebe diretamente a ação; Base – Camada destinada

a resistir e distribuir os esforços advindos oriundos da base; Sub-base – Camada

corretiva do subleito ou complementar à base; Subleito – Terreno de fundação do

32

pavimento. Nota-se que pode haver ou não uma camada denominada reforço do

subleito. A figura 2 caracteriza essas camadas e a figura 3, mostra a mecânica

desse pavimento.

Figura 2 - Camadas do pavimento flexível

Figura 3 - Mecânica do Pavimento Flexível

33

3.3.1.2 Revestimento

O Revestimento tem como função recobrir os pavimentos flexíveis,

protegendo o pavimento, evitando desgastes devido ao tráfego e possibilitando

uma pista lisa e com boa drenagem.

Os Revestimentos de Melhor qualidade são formados por camada

betuminosa de pequena espessura (5 a 8cm). Os revestimentos em

cascalho apresentam custos de implantação e conservação inferiores ao

betuminoso e podem ser considerados de razoável qualidade, mas devido

ao atrito e emissão de pedregulhos exigem maiores esforços das

aeronaves. Superfícies gramadas são usadas em aeroportos onde não há

grandes necessidades de suporte. São recomendáveis para áreas de

amarração de aeronaves leves e extensões de pátios. Apresentam custo

de conservação superiores ao revestimento em cascalho, mas protegem

muito bem contra erosão. SANTOS (2014).

3.4 Estudo Geotécnico

Um projeto de pavimento rodoviário, segundo o Departamento Nacional de

Estradas e Rodagem DNER (2006) é composto por três etapas: Estudos

preliminares, anteprojeto e projeto executivo. De igual forma, pode-se aplicar para

um projeto de pavimento de uma pista aeroportuária, baseado nas recomendações

do método da FAA (Federal Aviation Administration).

Faz-se necessário realizar um estudo geotécnico do solo. Segundo Santana

(2007), essa é a parte do projeto que analisa o comportamento dos elementos do

solo. No que se refere à obra, os estudos geotécnicos para um projeto de

pavimentação compreendem, o reconhecimento do subleito e estudos de

ocorrências de materiais para pavimentação. Dentre vários os ensaios e

observações relevantes para o cálculo de pavimento, trata-se em especial do CBR.

Segundo Balbo (2007), o critério do CBR como método de projeto de

pavimentos flexíveis, nasceu com a necessidade de um critério simples e rápido de

34

avaliação da capacidade do solo durante a construção de aeroportos militares na

segunda guerra mundial. O ensaio fornece indicações da perda de resistência do

solo com a saturação, e mesmo sendo um indicador, a partir de então o ensaio do

CBR serve como base para o dimensionamento de pavimentos flexíveis.

O CBR, ou ISC (Índice de Suporte Califórnia) avalia a resistência dos solos,

onde é medida a resistência à penetração de uma amostra saturada e compactada.

O valor é dado em porcentagem, onde comparado, 100% representa a penetração

em uma amostra de brita padrão de referência.

Segundo o manual de pavimentação do Departamento Nacional de

Infraestrutura e Transportes - DNIT (2006), no aspecto rodoviário, o subleito que

vai comportar as camadas do pavimento deve apresentar uma expansão menor ou

igual a 2% e um CBR maior ou igual a 2%, no caso de ocorrência de materiais com

características inferiores às citadas acima, recomenda-se fazer a substituição de

pelo menos 1m de profundidade deste material por outro com CBR maior que 2%.

Quanto ao Módulo de Resiliência8 (MR), segundo o DNIT (2006), é a relação

entre a tensão vertical aplicada repetidamente e a deformação axial recuperável

que lhes corresponde após determinado número de aplicação de carga. Para

materiais como solos, areias e agregados utiliza-se a denominação de Módulo de

Resiliência, enquanto para concretos, solo-cimento, utiliza-se a denominação de

Módulo de Elasticidade. A FAA (2008), recomenda que na necessidade de

utilização do Modulo de Resiliência, ele pode ser obtido através do CBR, pela

relação: Modulo de Resiliência (MR) = 10,4 * CBR.

Quanto ao Coeficiente de Poisson, segundo o DNIT (2006), é a razão da

deformação lateral ou radial pela deformação vertical ou axial recuperável e é

considerado constante, variando de 0 no corpo rígido à 0,5 na deformação sem

variação de volume.

8 O Módulo de Resiliência é determinado em ensaios de carga repetida, do tipo: Ensaio de tração uniaxial,

Ensaio de compressão uniaxial; Ensaio de compressão triaxial, entre outros. Se tratando de pavimento, ele

avalia a estrutura das camadas e do subleito dos pavimentos flexíveis.

35

Para Medina (1997) o dimensionamento de pavimentos de aeroportos é

semelhante ao rodoviário, diferindo apenas, quanto às cargas atuantes e quanto ao

método de dimensionamento. O método de dimensionamento utilizado no Brasil é

o recomendado pela FAA (Federal Aviation Administration) conforme circular

AC150/5320 de 1978, que recebe atualizações periódicas, devido à mudança

constante de aeronaves.

Como observação final, deve-se sempre analisar as condições do lençol

d’água, se existir, sendo que o mesmo deve-se encontrar rebaixado no mínimo

1,50m do greide regularizado e a drenagem superficial deve ser suficiente

(Santana, 2007).

3.5 O Método

3.5.1 Criação e Desenvolvimento do Método

No ano de 1981, a Organização da Aviação Civil Internacional – ICAO

recomendou a aplicação de um método simples em que se define o peso limite das

aeronaves que podem operar sobre determinado pavimento. Esse método ficou

conhecido como método ACN/PCN o qual compara o Número de Classificação de

cada Aeronave (Aircraft Classification Number – ACN) com o Número de

Classificação do Pavimento (Pavement Classification Number – PCN).

Com esse método, era possível indicar se um pavimento aeroportuário com

um determinado PCN podia suportar ou não uma determinada aeronave com um

valor ACN, onde, a aeronave deveria ter um valor ACN igual ou inferior ao PCN da

pista. Com isso, iniciou-se a padronização das informações e das publicações

aeronáuticas no mundo bem como os cálculos empíricos de pavimentos.

Esse método é utilizado até hoje, entretanto com o desenvolvimento

tecnológico, nos últimos anos, uma ferramenta importante foi desenvolvida pela

36

Administração Federal de Aviação dos Estados Unidos (Federal Aviation

Administration – FAA) com o intuito de facilitar a obtenção dos valores de ACN.

Essa ferramenta trata-se do programa computacional denominado COMFAA que

permite calcular os valores de ACN baseado no Método ACN/PCN (Oliveira, 2009).

Segundo a ANAC (2008), o procedimento experimental é de fácil utilização

e aplicação, entretanto, atualmente o PCN é obtido a partir da obtenção da carga

bruta admissível suportada pelo pavimento, considerando a frequência de

operações e os níveis de tensão admissíveis. O PCN baseia-se também no tipo de

pavimento, na resistência do subleito, pressão máxima admissível dos pneus e no

método de avaliação do pavimento, ora técnico ou experimental.

A partir de 1995, a FAA divulga com mais propriedade, circulares com

normatizações referentes ao sistema aeroportuário, abrangendo vários aspectos.

As mais relevantes para o estudo são:

Airport Pavement Design and Evaluation (Projeto e avaliação do pavimento

do aeroporto). Advisory Circular N.º 150/5320-6D. Publicada em 1995;

Measurement, Construction, and Maintenance of Skid-Resistant Airport

Pavement Surfaces (Medida, construção, e manutenção de superfícies

Resistentes do pavimento do aeroporto). Adivisory Circular N. º150/5320-

12C Change 1. Publicada em 2004;

Standard Naming Convention for Aircraft Landing Gear Configurations.

(Convenção de nomenclaturas para configurações da pista de aterrissagem

de aviões) ORDER 5300.7. Publicada em 2005;

Airport Pavement Management Program. (Programa de Gestão do

Pavimento de Aeroporto) Advisory Circular N.º 150/5380-7A. Publicada em

2006;

Airport Pavement Design and Evaluation.( Projeto e Avaliação do pavimento

de Aeroporto) Advisory Circular N.º 150/5320-6E. Publicada em 2008

37

3.5.2 O Método da FAA

Para se compreender o método da FAA para o cálculo de pavimento flexível,

tornou-se necessário apresentar um histórico do método, um histórico sobre a

demanda de voos, a conceituação sobre o tipo de pavimento e por fim, a descrição

sucinta do estudo geotécnico. Uma vez compreendido esses tópicos, torna-se

possível compreender o método da FAA.

Atualmente, a metodologia de dimensionamento de pavimentos

aeroportuários proposta pela FAA pode ser encontrada na Airport Pavement Design

and Evaluation. Advisory Circular N.º 150/5320-6E, uma circular para consulta

pública publicada no ano de 2008. Nela verifica-se que, a FAA elaborou ábacos de

dimensionamento de pavimentos asfálticos, utilizando o valor do CBR do subleito

como entrada, a carga máxima da aeronave e o número máximo de decolagens

anuais, considerando uma vida de projeto de 20 anos (MEDINA, 1997).

Segundo o site da FAA, a organização desenvolve métodos de engenharia,

design e Padrões de Construção de Aeroportos Civis, heliportos, e bases de

hidroavião. Isto é, inclui normatizações para uma pista de pavimento aeroportuário,

que vão além do projeto e execução do pavimento. Segundo a FAA, as

normatizações abrangem desde a iluminação do aeroporto, marcação e sinalização

da pista e outros recursos visuais até à segurança durante a

construção, levantamento de dados, instalações de radar de aves até a instalação

do sistemas de detecção de Objetos Estranhos quando necessário.

3.6 Softwares

O método de cálculo de pavimento fornecido pela FAA, vem sofrendo

alterações no decorrer dos anos, os cálculos antes realizados de forma manual

através de ábacos e diagramas e baseados muitas vezes em situações empíricas,

38

atualmente podem ser realizados, mais precisamente, através de softwares

computacionais.

Segundo o site da FAA (2014), os Softwares destinados a Aeroportos

servem como apoio ao projeto de pavimento, bem como reduzir tempo e custos de

projeto. Além disso, os softwares, manuais e documentos estão disponível ao

público gratuitamente. Dentre os diversos softwares disponíveis no site, alguns são

de extrema relevância para o dimensionamento de pavimentos flexíveis de

aeroportos. São eles:

FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN, (2002). É um software projetado em Excel

que tem por finalidade calcular espessuras de revestimento de pavimento

flexível de acordo com a C.A. 150/5320-6D, já citada. O Software foi

elaborado para realizar o cálculo em apenas dez etapas, onde o usuário inseri

parâmetros de entrada em cada uma das etapas até completar a rotina, tendo

assim, o cálculo da espessura realizado;

LEADFAR 1.3, Computer Program for Airport Pavement Design, (2004). Sua

primeira versão foi lançada em 2004, é um software baseado no software

Flexible Pavemente Projeto (citado anteriormente), cujo objetivo é o mesmo,

ou seja, o cálculo da espessura de pavimento. Segundo a FAA, esse software

está de acordo com a C.A. 150/5320-6D, o qual não é atual, mesmo assim,

a FAA continua disponibilizando o LEDFAA 1.3 para referência nos cálculos;

COMFAA 3.0, (2006). A versão 1.0 do software foi lançada anteriormente,

baseado na AC 150/5335-5B que trata do método de padronização do PCN

do pavimento. O software basicamente, serve para calcular o PCN

necessário do pavimento flexível ou rígido. Para isso, basta inserir o mix de

aeronaves, força a qual o pavimento está sendo submetido e a espessura do

pavimento desejado;

39

FAARFIELD 1.305, (2008). Federal Aviation Administration Rigid and Flexible

Iterative Elastic Layered Design. O Software, substitui o LeadFar 1.3, uma

vez que acompanha a AC 150/5320-6E que substitui a AC 150/5320-6D. O

software é mais preciso e completo que os demais pois incorpora aos

cálculos o modelo de elementos finitos 3D, os quais, são cálculos

computacionalmente intensivos difíceis de serem realizados manualmente. O

objetivo do software é o mesmo, ou seja, definir a espessura do pavimento

aeroportuário, com base nos dados inseridos. Esse é o software mais atual

para dimensionamento disponível pela FAA.

FAAR PAVEAIR, (2012). Talvez o mais interessante dentre todos os

softwares disponíveis pela FAA, este por sua vez, é um sistema de gestão de

pavimento baseado na Web, que fornece aos usuários informações históricas

e atuais sobre o aeroporto, tanto na construção do pavimento, manutenção

como na gestão. Além de tudo, ele simula ao usuário a possibilidade de

planejar a degradação da superfície do pavimento, devido a vários efeitos

externos. Além disso, ele funciona adjunto ao programa COMFAA. Software

online, disponível em http://faapaveair.faa.gov.

40

Capítulo 4: Metodologia para Dimensionamento de Pavimentos Flexíveis

Dimensionar um pavimento significa determinar a sua espessura total, bem

como as espessuras de cada uma de suas camadas e especificar de quais

materiais devem ser constituídas. A espessura do pavimento é determinada a partir

das características de resistência do solo expressadas pelo CBR e pelas

solicitações das aeronaves de projeto.

4.1 Aeronaves de Projeto

De acordo com o tipo de aeroporto é que se determina os grupos de

aeronaves que nele irão operar. A aeronave de maior solicitação dentro do grupo é

adotada como equipamento crítico de planejamento. (SANTOS, 2014)

Em aeroportos de pequeno porte, as aeronaves que operam vão desde

pequenas aeronaves até jatos de porte médio, como exemplo tem-se o Quadro 2,

que mostra um mix de aeronaves e seu respectivo grupo.

Quadro 2 - Exemplo de modelos de aeronaves

GRUPO AERONAVES EXEMPLO (MODELO)

1 Aviação Geral, táxis aéreos e pequenas aeronaves EMB-110 Bandeirante

2 Aeronaves para transporte regional EMB-120 Brasília

3 Aeronaves para rotas de média densidade FOKKER F-27

4 Jatos de médio porte B-737, B-727-100,

5 Aeronaves militares (passageiros ou carga e tropas) Bandeirante (C-95),

Douglas DC-3 (C-47);

6 Aeronaves para uso tipicamente militar (transporte de

tropas e armamentos)

Buffalo C-115, Hércules

C-130.

Os grupos citados podem ser inseridos na categoria de aeronaves de transporte em geral, que

abrange equipamentos com peso máximo de decolagem(PMD) de até 79.000 kg (175.000 lb).

FONTE: SANTOS (2014)

41

4.1.1 Características das aeronaves

A definição de uma aeronave de projeto, para o dimensionamento do

pavimento flexível, depende das características da aeronave. Tais como: Tipo de

trem de pouso (conforme figura 4), previsão das decolagens anuais e até o peso

máximo de decolagem.

Figura 4 - Tipos de Trem de Pouso de Aeronaves

No dimensionamento, deve-se considerar o carregamento por roda da

aeronave, onde cada roda apresenta uma porcentagem de peso, caracterizado pelo

seu tipo e localização. A figura 5 mostra essa relação.

Figura 5 - Peso bruto da Aeronave, por Trem de Pouso

42

4.2 Dimensionamento (método tradicional)

O método da Federal Aviation Administration, AC/150/5320 - 6E, considera

três critérios principais para o dimensionamento de pavimentos flexíveis

aeroportuários:

Critério 1: Aplicável ao caso de aeronaves leves, com Peso Máximo de

Decolagem - PMD inferior a 30.000 libras.

Nesse caso, a espessura do revestimento é fixada em 5 cm e os dados

necessários para o dimensionamento são: PDM da Aeronave crítica, CBR do

subleito, base e da sub-base.

Procedimento: Com a utilização do ábaco do anexo 1, determina-se a

espessura total do pavimento flexível, tendo inicialmente como dados o CBR do

subleito e o PMD da aeronave. Feito isso, com expressões simples, se dimensiona

as camadas isoladamente.

Critério 2: Aplicável ao caso de aeronaves de transporte aéreo em geral, com

PMD superior a 30.000 libras e configuração de trem de pouso principal com

rodas simples ou duplas (single-wheel ou double wheel)

Nesse caso, a espessura do revestimento é fixada em 8cm e os dados

necessários para o dimensionamento são: PDM da aeronave crítica, número

estimado de decolagens/ano da referida aeronave, configuração do trem de pouso

principal e CBR do subleito, base e sub-base

Procedimento: Com base nos ábacos do anexo 1 e do anexo 2, determina-

se a espessura total do pavimento, para isso, basta localizar na abcissa superior

do gráfico o valor do CBR do subleito, baixando então uma vertical até a curva

correspondente ao PMD da aeronave. A partir daí, traçar uma reta horizontal até a

linha correspondente ao número de decolagens anuais da aeronave padrão, e em

43

seguida, baixa-se uma vertical até a abcissa inferior para se obter a espessura total

do pavimento flexível. Tendo a espessura total, determinasse a espessura da sub-

base a partir do CBR da sub-base e do PMD da aeronave crítica e em seguida

determina-se a espessura da base.

Critério 3: Aeronaves militares com PMD superior a 30.000 libras, com

configuração de trem de pouso diversa.

Nesse caso, a metodologia de dimensionamento do pavimento de aeronaves

militares, com trem de pouso de configurações específicas é complexa e é

apresentada em literatura especializada (Santos, 2014).

Esse critério, não é objetivo do respectivo estudo, pois necessita de

interpolações lineares complexas para o CBR e para o número de movimentos de

cada aeronave, os quais, os cálculos realizados à mão inviabilizam o estudo.

Entretanto, segue ábacos no anexo 3, 4 e 5 referentes a trem de pouso de

configurações especificas.

Nota-se que a camada do revestimento, no caso de pavimentos flexíveis,

não depende da espessura total do pavimento, ele se encontra em função do

número de movimentos, PMD e características construtivas. Para fim de cálculo,

considera-se inicialmente que o CBR da base seja superior a 80%

Associa-se também, ao pavimento da pista, um número característico de sua

capacidade de suporte (PCN da pista). De igual modo, associa-se à aeronave um

número que indica a sua solicitação sobre o pavimento (ACN da aeronave). Assim,

o quociente ACN / PCN, já tratado anteriormente, passa a ser o parâmetro principal

que define o número de operações permitidas da aeronave sobre a pista.

44

4.3 Dimensionamento (utilização dos softwares)

Os softwares livres, disponibilizados pela FAA, baseiam-se no método

tradicional de cálculo, entretanto, possibilitam uma maior complexibilidade

matemática de dados, cálculo e de interpolações. Esses softwares destinados a

aeroportos servem como apoio ao projeto de pavimento.

Para o dimensionamento com softwares, não se faz necessário tantas

considerações de cálculo, como por exemplo, restringir o mix de aeronaves à

apenas uma aeronave crítica, ou basear-se em metodologias empíricas. O

dimensionamento com base nos softwares, se baseia apenas na entrada dos dados

(modelo de cálculo).

Algumas observações quanto aos softwares a serem utilizados:

FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN, (2002). Realiza o cálculo em apenas dez

etapas, onde se insere parâmetros de entrada em cada uma das etapas até

completar a rotina, não sendo permitido pular nenhuma etapa de cálculo;

LEADFAR 1.3. Insere-se os valores de cálculo como no software descrito

anteriormente, entretanto, pode-se relacionar outras planilhas de dados. Por

ser uma versão inicial do FAARFIELD não será utilizado no trabalho;

COMFAA 3.0, (2006). Serve para calcular o PCN necessário do pavimento

flexível ou rígido. Para isso, basta inserir o mix de aeronaves, força a qual o

pavimento está sendo submetido, pressão dos pneus e a espessura do

pavimento desejado. Por ter outras finalidades, não será utilizado no trabalho;

FAARFIELD 1.305, (2008). O software é mais preciso e completo que os

demais pois incorpora aos cálculos o modelo de elementos finitos 3D.

45

FAAR PAVEAIR, (2012). Sua aplicação para o trabalho não se torna

relevante ao objetivo proposto, mesmo sendo o mais interessante dentre

todos os softwares disponíveis pela FAA, pois, se trada de um sistema de

gestão de pavimento online, que funciona adjunto ao programa COMFAA

disponível em http://faapaveair.faa.gov.

46

Capítulo 5: Aplicação Do Método Da FAA

O dimensionamento de pavimento de aeroporto é um processo meticuloso,

onde é necessário conhecer as propriedades do solo e seus componentes

estruturais através de ensaios de laboratório, bem como, a realização de estudos

de tráfico condizente com o tipo de aeronave de operação e a previsão de demanda

anual, e quando possível, a taxa de crescimento da demanda do aeroporto.

(QUIÑONES,2012).

Não basta conhecer apenas a aeronave de projeto e as solicitações de

tráfego que atuarão no pavimento. Para um bom dimensionamento, torna-se

necessário conhecer dados da fundação, como o tipo de solo do subleito e sua

capacidade de suporte e resistência, o que é expresso basicamente em termos do

CBR caracterizado através dos ensaios laboratoriais.

Entretanto, devido à dificuldade de acesso à dados de ensaios e a falta de

condições para realizá-los, adotou-se algumas considerações iniciais de projeto.

Essas considerações baseiam-se nas normas de dimensionamento da FAA, não

afetando o objetivo do trabalho.

5.1 Considerações Iniciais de Projeto

Para o dimensionamento pelo método da FAA, utiliza-se os ábacos em

anexo, cujos parâmetros de entrada são o CBR do subleito, o Peso Máximo da

Aeronave e o Número de Decolagens Anuais, considerando o projeto para 20 anos.

Segundo Medina (1997), o material da base deve ter CBR>80%, a sub-base

deve ter CBR>20% e o subleito CBR>2% para evitar reforço do subleito.

Inicialmente, devido à falta de estudos geotécnicos, adota-se os valores mínimos

no dimensionamento, exceto o subleito que será adotado com CBR=10%9

9 Em pavimentos flexíveis, o CBR do subleito no intervalo: 8<CBR<13, indica que a Categoria de Resistência

do Subleito é Média, o que geralmente, para aeroportos de médio porte, não necessita de reforço do subleito.

Ver Anexo 6 [Quadro 3.5B do Anex14 (ICAO, 1999)]

47

Os esforços transmitidos pela aeronave, conforme descrito no capítulo

anterior, são divididos em: 95% do peso bruto transmitido pelo trem de pouso

principal, e os 5% restantes pelo trem de pouso dianteiro (FAA, 2008).

5.1.1 Estabilização de Camadas do Pavimento

Estabilizar uma camada, é misturar ao solo padrão, outros tipos de solo,

materiais pétreos ou produtos de britagem, afim de oferecer benefícios estruturais

para o pavimento em questão. Segundo a FAA (2008), o benefício desse material

é expresso pelo Fator Equivalente (FE), e sua espessura estabilizada é

determinada ao dividir a espessura da camada padrão, pelo fator de equivalência

do material estabilizador.

No dimensionamento, caso necessário estabilização de camadas de base e

sub-base, para fins de cálculo, adotar os seguintes materiais e valores:

Para Base, com CBR>80%: Estabilizar com P-304 Base Tratada com

Cimento, adotando FE=1,4 no intervalo especificado (1,2< FE <1,6).

Para Sub-Base, com CBR>20%: A FAA (2008) recomenda Estabilizar com

P-208 Agregado Granular correspondente ao cascalho laterítico, adotando

FE=1,2 no intervalo especificado (1,0< FE <1,5).

5.1.2 Mix de Aeronaves

Para a definição do Mix de Aeronaves, dentro do critério 2 do método

tradicional, item 4.2, toma-se como base um aeroporto de médio porte, cujo o PMD

possa ser superior a 30.000 libras (lb10) e o trem de pouso principal seja composto

por rodas simples ou duplas.

10 1 lb = 0,454kg

48

O Aeroporto de Goiânia poderia ser o aeroporto utilizado como exemplo,

uma vez que, a pista de pouso possui atualmente 2500mx45m, homologada pela

portaria Anac 1566/2009, podendo operar aeronaves de médio porte tipo B-737,

AirBus 320, B 707 e eventualmente B-767, além dos aviões e jatos de pequeno

porte (INFRAERO, 2014)

Entretanto, como não foi possível adquirir os dados (junto a Infraero)

referentes ao movimento anual de decolagens do aeroporto de Goiânia, utilizou-se

dados disponibilizados pela Infraero de outros aeroportos.

Dessa forma, dentro da gama de aeronaves disponíveis, adota-se as que

atendem ao critério 2 do método tradicional, buscando assim, abranger dados

próximos aos realísticos de um aeroporto de médio porte. O Mix de Aeronaves

encontra-se no Quadro 3.

Quadro 3 - Modelo de Mix de Aeronaves

AERONAVE

PESO MÁXIMO DE

DECOLAGEM

TIPO DE TREM DE POUSO

NÚMERO ANUAL DE

DECOLAGEM

PA 37 - SKYLINE 4.750(lb)11 Roda simples 3.230

EBM -120- BRASÍLIA 26.433 (lb)12 Roda dupla 4.728

EMB-135- EMBRAER 135 41.888(lb) Roda dupla 2.364

F100 - FOKKER 100 101.000(lb) Roda dupla 2.242

A319 - AIRBUS 319 141.978(lb) Roda dupla 3.940

A320 - AIRBUS 320 150.796(lb) Roda dupla 12.205

B733 - BOEING 737-300 140.00(lb) Roda dupla 3.030

B737 - BOEING 737-700 155.000(lb) Roda dupla 9.937

B738 - BOEING 737-800 174.700(lb) Roda dupla 10.012

B763 - BOEING 767-300 361.000(lb) Duplo Tandem 1.200

FONTE: ADAPTADO DA INFRAERO (2011)

11 Devido a limitação do Ábaco, adota-se PMD mínimo de 30.000lb;

12 Devido a limitação do Ábaco, adota-se PMD mínimo de 50.000lb;

49

5.2 Dimensionamento (Cálculo pelo método tradicional)

5.2.1 Determinação da Aeronave de projeto

Para se determinar a aeronave de projeto, pelo método tradicional da FAA,

utiliza-se os ábacos do anexo 1, 2 e 3 e os dados de entrada: CBR do subleito,

PMD - Peso Máximo de Decolagem e NAD - Número Anual de Decolagem. Faz-se

o cálculo da espessura necessária de pavimento para cada aeronave descrita. O

Quadro 4, traz os respectivos valores.

Quadro 4 - Espessura Total do Pavimento por Aeronave

AERONAVE ESPESSURA TOTAL DO PAVIMENTO - OBTIDO ATRAVÉS DOS ÁBACOS

PA 37 - SKYLINE 10,2 in13 = 25,9cm

EBM -120- BRASÍLIA 12,0 in = 30,5cm

EMB-135- EMBRAER 135 11,5 in = 29,2cm

F100 - FOKKER 100 18,3 in = 46,5cm

A319 - AIRBUS 319 21,5 in = 54,6cm

A320 - AIRBUS 320 24 in = 61cm

B733 - BOEING 737-300 21 in = 53,3cm

B737 - BOEING 737-700 24 in = 61,0cm

B738 - BOEING 737-800 26,5 in = 67,3cm

B763 - BOEING 767-300 26,2 in = 66,5cm

13 1 in = 2,54cm

50

Com as dimensões da espessura mínima necessária para cada aeronave, é

possível obter a aeronave de projeto, no caso, a que necessita de maior espessura.

A aeronave de projeto14 passa a ser definida como a B738 - BOING 737-800.

Figura 6 - Dimensões da Aeronave de projeto. (Disponível em:

http://www1.folha.uol.com.br/folha/cotidiano/ult95u126483.shtml)

5.2.2 Número de Decolagens Equivalentes

Todo o Mix de Aeronave deve ser convertido em função da Aeronave de

Projeto (B738 - BOING 737-800). Segundo a FAA(2008), deve-se converter tanto

a equivalência do trem de pouso, quanto o número de decolagens anuais.

Como tem-se no Mix de aeronaves, trem de pouso simples, duplo e duplo

tandem, a conversão desses trem de pouso para o trem de pouso de Roda Dupla,

da Aeronave de Projeto, segundo a FAA(2008), dá-se pelos fatores multiplicativos:

De Roda Simples para Roda Dupla = Multiplica as Decolagens por 0,8;

14 Observar que a aeronave de projeto, não é a aeronave crítica, ou seja, a que possui maior PMD. Entretanto,

ao dimensionar com base na aeronave de projeto, o dimensionamento também abrange a aeronave crítica.

51

De Roda Dupla para Roda Dupla = Multiplica as Decolagens por 1,0;

De Duplo Tandem para Roda Dupla = Multiplica as Decolagens por 1,7.

Para a conversão do número equivalente de decolagens da aeronave de

projeto, segundo a FAA(2008), dá-se pela equação:

𝑙𝑜𝑔𝑅1 = 𝑙𝑜𝑔𝑅2 × (𝑊2

𝑊1)1/2

Onde, R1 = Número equivalente de decolagens anuais da aeronave de projeto; R2 = Número de decolagens anuais em termos da aeronave de projeto; W1 = Carregamento por roda da aeronave de projeto; W2 = Carregamento por roda da aeronave em questão.

O quadro 5 mostra o número de decolagens anuais, equivalentes para o mix

de aeronaves e o quadro 6 mostra as decolagens anuais com base na aeronave de

projeto.

Quadro 5 - Número de decolagem equivalente para o Mix de Aeronaves

AERONAVE TIPO DE TREM

DE POUSO FATOR

NÚMERO ANUAL DE

DECOLAGEM

DECOLAGENS ANUAIS (R2)

PA 37 - SKYLINE Roda simples 0,8 3.230 2584

EBM -120- BRASÍLIA Roda dupla 1,0 4.728 4.728

EMB-135- EMBRAER 135 Roda dupla 1,0 2.364 2.364

F100 - FOKKER 100 Roda dupla 1,0 2.242 2.242

A319 - AIRBUS 319 Roda dupla 1,0 3.940 3.940

A320 - AIRBUS 320 Roda dupla 1,0 12.205 12.205

B733 - BOEING 737-300 Roda dupla 1,0 3.030 3.030

B737 - BOEING 737-700 Roda dupla 1,0 9.937 9.937

B738 - BOEING 737-800 Roda dupla 1,0 10.012 10.012

B763 - BOEING 767-300 Duplo Tandem 1,7 1.200 2040

52

Quadro 6 - Decolagens Anuais baseada na Aeronave de Projeto

AERONAVE PESO MÁXIMO

DE DECOLAGEM CARREGAMENTO POR RODA (W2)

DECOLAGEM ANUAL DA AERONAVE DE

PROJETO (R1)

PA 37 - SKYLINE 4.750(lb) 2.375(lb) 6,2

EBM -120- BRASÍLIA 26.433 (lb) 6.608(lb) 26,9

EMB-135- EMBRAER 135 41.888(lb) 10.472(lb) 44,9

F100 - FOKKER 100 101.000(lb) 25.259(lb) 353,3

A319 - AIRBUS 319 141.978(lb) 35.495(lb) 1.743,2

A320 - AIRBUS 320 150.796(lb) 37.699(lb) 6.261,5

B733 - BOEING 737-300 140.00(lb) 35.000(lb) 1.307,9

B737 - BOEING 737-700 155.000(lb) 38.750(lb) 5.822,9

B738 - BOEING 737-800 174.700(lb) 43.675(lb) = W1 10.012,0

B763 - BOEING 767-300 361.000(lb) 45.125(lb) 2.312,7

TOTAL 27.891,5

Segundo a FAA (2008), caso o número de decolagens de projeto ultrapasse

à 25 mil decolagens/ano, é recomendável utilizar os fatores de conversão para

tráfegos superiores ao indicado, esses fatores são:

Para 50mil decolagens/ano = fator de equivalência de 104%;

Para 100mil decolagens/ano = fator de equivalência de 108%;

Para 150mil decolagens/ano = fator de equivalência de 110%;

Para 200mil decolagens/ano = fator de equivalência de 112%.

Como o número de 27.891,5 decolagens encontra-se próximo dos 25.000

recomendado, ao realizar a interpolação, obtém-se um fator de equivalência de

100,46%, o que representa o número de 28.020 decolagens/ano.

53

5.2.3 Espessuras do Pavimento

Espessura Total (Et):

Para a aeronave de projeto (B738 - BOING 737-800), disposta de roda dupla,

com PMD=174.700lb e considerando 28mil decolagens/ano, através do ábaco do

anexo 2, tem-se que a espessura total necessária do pavimento é de 72,39cm,

conforme pode ser visto na figura 6, acrescido de 1 pol. no revestimento,

recomendado pela FAA (2008) em situações que ultrapassem 25mil

decolagens/ano. Assim, a espessura total do pavimento é de 72,39 + 2,54cm, ou

seja, Et= 74,93cm.

Figura 7- Dimensionamento da espessura total do pavimento

54

Espessura da Base + Revestimento (Eb + Er):

Com o CBR da sub-base (CBR=20%), o PMD da Aeronave de Projeto,

(PMD= 174.700lb) e o Número de Decolagens Ano (NDA=28mil), encontra-se a

espessura da Base + Revestimento, ao entrar com os dados novamente no ábaco.

Assim, (Eb+ Er) = 44,45cm

Espessura da Sub-Base (Esb):

Para o dimensionamento da espessura da sub-base, tem-se:

Esb = Et - (Eb+Er)

Esb = 74,93 - 44,45

Esb = 30,48cm

Espessura do Revestimento (Er):

Para o revestimento, fixa-se a espessura de 8cm (critério 2) adicionado

2,54cm recomendado pela FAA nos casos de fluxo superior a 25mil

decolagens/ano. Assim, Er = 10,54cm.

Espessura da Base (Eb):

Eb = Et - Esb - Er

Eb = 74,93 -30,48 - 10,54

Eb = 33,91cm

55

5.3 Dimensionamento (Software FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN)

Para o Dimensionamento através dos softwares, utiliza-se as mesmas

considerações iniciais de projeto adotadas para o dimensionamento pelo método

tradicional.

Figura 8 - Tela inicial do Programa Flexible Pavement Design

Para dimensionar o pavimento utilizando esse software, faz-se necessário

seguir 10 etapas, as quais, segue o fluxograma de execução:

Etapa 1: Ao clicar em Step 1, abre uma janela para inserção de dados iniciais

do projeto, conforme a figura 9.

56

Figura 9 - Tela referente à Etapa 1 (Flexible Pavement Design)

Etapa 2: Inserir o valor do CBR do Subleito (no caso CBR=10%) e

posteriormente, indica os parâmetros referentes à geada, como em nossa

região não há, seleciona a primeira opção, conforme a figura 10.

Figura 10 - Tela referente à Etapa 2 (Flexible Pavement Design)

57

Etapa 3: Inserir o número de Sub-bases que se deseja e o valor do CBR do

material (no caso CBR=20%), conforme figura 11.

Figura 11 - Tela referente à Etapa 3 (Flexible Pavement Design)

Etapa 4: Seleciona o tipo de agregado da base. A FAA recomenda utilizar a

Base granular de agregado britado, item P-209. Segundo nota descrita na

tela da etapa 4 (figura 12), pode utilizar outro material granular para a

camada de base, como o P-20815 ou P-21116.

Figura 12 - Tela referente à Etapa 4 (Flexible Pavement Design)

15 O Material P-208 só é permitido se o Peso Bruto da Aeronave for inferior ou igual à 60.000 lb (o que não é

o nosso caso), além disso, torna-se necessário aumentar a espessura do revestimento em 1 pol.

16 O Material P-211, é constituído de pedra calcária fossilifica de qualidade uniforme. O material quando

molhado e rolado, facilmente forma uma base densa.

58

Etapa 5: Inserir o valor da profundidade de geada, entretanto, por não ser o

caso, atribui-se valores iguais a zero, conforme figura 13.

Figura 13 - Tela referente à Etapa 5 (Flexible Pavement Design)

Etapa 6, 7 e 8: Essas etapas estão agrupadas, mas servem para introdução

do Mix de Aeronaves, conforme a figura 14. Basta inserir os valores do mix

de aeronave (em libras e polegadas) na colunas em vermelho. Ao clicar em

Step 7, o programa calcula os valores da coluna em azul (Espessura do

pavimento de cada aeronave).

Figura 14 - Tela referente à Etapa 6, 7 e 8 (Flexible Pavement Design)

59

Devido ao Mix de Aeronaves selecionado, torna-se necessário estabilizar as

camadas. Ao clicar em Step 8, o programa alerta que para pavimentos novos

projetados para acomodar aviões que pesam mais de 100.000 libras, é necessário

estabilizar as camadas de base e sub-base. Por fim o alerta conclui que, para

terminar corretamente o projeto as camadas de base e de sub-base devem ser

convertidas para camadas estabilizadas, o que é possível na Etapa 9.

Etapa 9: Estabilização das camadas de Base e Sub-Base. Ao clicar em Step

9, abre-se primeiramente a janela para estabilizar a Base, em seguida, abre-

se a janela para estabilizar a Sub-Base. Os Itens a serem selecionados estão

descritos no item 5.1.1 - Estabilização de Camadas de Pavimento. A figura

15, mostra as opções.

Figura 15 - Tela referente à Etapa 9 (Flexible Pavement Design)

Etapa 10: Gera o Relatório de Projeto com o dimensionamento do

pavimento, caracterizando o pavimento com as camadas estabilizadas e

sem estabilização. O Relatório final, pode ser visto no anexo 7.

60

5.4 Dimensionamento (Software FAARFIELD 1.305)

Para o dimensionamento do pavimento através do Software FAARFIELD

1.305, mantém-se os dados de projeto e as observações já descritas. A tela inicial

do software é vista na figura 16.

Figura 16 - Tela Inicial do software (FAARFIELD)

O Software possui o item Demonstration, onde tenta demostrar uma

sequência lógica do processo de dimensionamento, entretanto, apresenta bugs em

alguns pontos. Dessa forma, adjunto ao dimensionamento disponibiliza-se um

fluxograma de utilização do software.

Iniciando o Projeto:

Com os dados de projeto, estudo do tráfego, Mix de Aeronave, Número de

Decolagens/Ano e, de forma opcional, a Taxa de Crescimento Anual17 é possível

iniciar o dimensionamento.

17 Segundo consta no Manual do Software, é possível inserir a Taxa de Crescimento Anual de decolagens de

cada Aeronave, de forma que no intervalo pré-estabelecido de 20 anos, esse acréscimo seja ponderado.

61

Na aba Organization é possível criar um novo trabalho New-Job, o qual

atribuiu-se o nome de TCC2, conforme a figura 17.

Figura 17 - Criando Novo Projeto (FAARFIELD)

Caracterização do tipo de pavimento:

Observa-se que na janela Job files há um arquivo denominado Samples, que

são amostras de tipos de pavimentos que podem ser utilizados, assim, copia-se

uma amostra para o trabalho criado.

Clique em “Samples” e selecione o tipo de pavimento que se quer copiar, no

caso “New Flexible”. Clique agora em “Copy Section” e clique novamente no

trabalho criado, coloque então o nome do projeto e finalmente clique em “End

Copy”. A figura 18 mostra esse passo.

62

Figura 18 - Copiando Amostras de Pavimento (FAARFIELD)

Definição das camadas do Pavimento:

Para configurar a estrutura das camadas do pavimento, seleciona o trabalho

em questão e clica em Structure. Feito isso, abrirá a janela referente a figura 19,

nela pode-se alterar os materiais de cada camada, a espessura desejada caso

necessário, o CBR da sub-base e o período de projeto, para isso basta duplo clique

em cima dos itens. Entretanto, não se faz necessário alterar as colunas Thickness

(Espessura) e Modulus or R (Módulo de Resiliência), pois com a inserção do Mix

de Aeronaves, esses valores são atualizados automaticamente

Conforme solicitado, ao copiar a amostra, o programa carrega dados dos

matérias específicos para cada camadas do pavimento flexível, não sendo

necessário alterá-los. Segue descrição:

Revestimento: P-401/P-403 Surface, ou seja, Camada de Revestimento

Betuminoso CBUQ;

Base: P-209, ou seja, Base Granular de Agregado Britado, correspondente

ao CBR>80%;

63

Sub-Base: P-154 Uncrushed, ou seja, Material típico de Sub-Base,

condizente com CBR>10%.

Figura 19 - Janela da Estrutura do Pavimento (FAARFIELD)

Inserir o Mix de Aeronaves

Para carregar as aeronaves, basta clicar em “Airplane”. Feito isso, seleciona-

se o Grupo da Aeronave e em Seguida em Library Airplanes seleciona-se a

aeronave específica. O programa apresenta uma vasta gama de aeronaves,

entretanto, caso alguma não esteja listada, é possível elencar outra similar. Para

modificar os valores de Peso Máximo de Decolagem, Numero de Decolagens

Anuais, entre outros, basta dar um duplo clique sobre a informação e alterá-la. A

figura 20 mostra a inserção do Mix de Aeronaves.

64

Figura 20 - Mix de Aeronaves (FAARFIELD)

Dimensionamento do Pavimento:

Após inserir as aeronaves, para dimensionar o pavimento, basta clicar em

“Design Structure”. A figura 21 mostra o dimensionamento.

Figura 21 - Dimensionamento do pavimento (FAARFIELD)

65

Uma observação é apresentada: “Non-Standard Structure”, dizendo que a

estrutura apresentada não é um estrutura de projeto padrão. Nesse caso, faz-se

necessário utilizar materiais de base e sub-base estabilizados, assim como,

apresentado no cálculo utilizando o software Flexible Pavement Design. A figura 22

mostra a observação.

Figura 22 - Observação quanto a Estabilização das Camadas (FAARFIELD)

Estabilização das Camadas

Para estabilizar as camadas, basta modificar o material da camada clicando

sobre ele na tela Structure. Adotando os mesmos materiais de estabilização no

cálculo anterior, obtém-se o resultado visto na figura 23.

Figura 23- Base e Sub-base Estabilizadas (FAARFIELD)

66

Capítulo 6: Resultados e Análise Comparativa

Juntamente com o dimensionamento do pavimento flexível aeroportuário,

com base nos dados de projeto e Mix de aeronaves, elaborou-se o fluxograma das

etapas do dimensionamento, tanto para o método tradicional como para a utilização

dos softwares. O passo-a-passo, se torna necessário para desmistificar as etapas

e considerações sugeridas pela FAA durante o dimensionamento, caracterizando

assim, uma melhor compreensão dos resultados.

6.1 Resultados

Os Quadros 7, 8 e 9 apresentam os resultados do dimensionamento do

pavimento flexível, para o método tradicional, software Flexible Pavement Design e

software FAARFIELD 1.305, respectivamente.

Quadro 7 - Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Método Tradicional)

Quadro 8 - Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Software Flexible Pavement Design)

MATERIAL ESPESSURA (cm)

REVESTIMENTO CBUQ 10,54

BASE REFERÊNTE A CBR =80% 33,91

SUB-BASE REFERÊNTE A CBR =20% 30,48

TOTAL 74,93

AERONAVE DE PROJETO BASEADO NOS ÁBACO, BOING 737-800

BASE/SUB-BASE PADRÃOCAMADAS

MATERIAL ESPESSURA (cm) MATERIAL ESPESSURA (cm)

REVESTIMENTO P-401 10,16 P-401 10,16

BASE P-209 36,83 P-304 26,67

SUB-BASE P-154 33,02 P-208 27,94

TOTAL 80,01 64,77

AERONAVE DE PROJETO DEFINIDO PELO SOFTWARE, BOING 767-300

CAMADASBASE/SUB-BASE PADRÃO BASE/SUB-BASE ESTABILIZADA

67

Quadro 9 -Resultado do Dimensionamento do Pavimento (Software FAARFIELD 1.305)

Os relatórios gerados pelos softwares estão disponíveis nos anexos. No

anexo 7 consta o relatório do Flexible Pavement Design e no anexo 8 consta o

relatório do FAARFIELD 1.305.

6.2 Análise Comparativa

Para o dimensionamento de pavimento flexível aeroportuário, considerando

o mix de aeronaves selecionadas para um aeroporto de médio porte e as definições

das características dos solos para cada camada, tanto o método tradicional como

o método pela qual se utiliza softwares fazem-se válidos, entretanto, deve-se

considerar as limitações e ponderações de cada método.

As dimensões de cada camada, comparando-as entre os métodos, não

apresentam uma grande variação, com isso, observa-se que para esse caso tanto

o método tradicional como o método baseado nos softwares são válidos e se

mantém aplicáveis.

Comparando as camadas de revestimento do pavimento, observa-se que as

recomendações da FAA são mantidas para ambos os métodos, de forma que a

espessura do revestimento seja praticamente a mesma, segundo dimensões:

1. Método Tradicional = 10,54cm

2. Software Flexible Paviment Design = 10,16cm

3. Software FAARFIELD = 10,16cm.

MATERIAL ESPESSURA (cm) MATERIAL ESPESSURA (cm)

REVESTIMENTO P-401/P-403 10,16 P-401 10,16

BASE P-209 39,59 P-304 19,79

SUB-BASE P-154 23,16 P-208 28,3

TOTAL 72,91 58,25

AERONAVE DE PROJETO

CAMADASBASE/SUB-BASE PADRÃO BASE/SUB-BASE ESTABILIZADA

SOFTWARE NÃO CONSIDERA APENAS UMA AERONAVE DE PROJETO

68

A camada da base do pavimento, é a que apresenta maior variação entre os

métodos. No Método tradicional, conforme mostrado, a espessura da base é obtida

ao considerar novamente a utilização do ábaco, assim, a espessura da sub-base

passa a ser o valor restante da espessura total. Já os softwares, fazem

considerações matemáticas para dimensionar as espessuras das bases e sub-

bases, entretanto, cabe observar que o software FAARFIELD majora a espessura

da base e minora a espessura da sub-base, fazendo com que a espessura do

pavimento diminua consideravelmente em relação ao software Flexible Paviment

Design e simbolicamente em relação ao método tradicional, conforme dados

abaixo:

1. Método Tradicional: Sub-base + Base = 64,39cm, com Base 10,12% maior

que a sub-base;

2. Software Flexible Paviment Design: Sub-base + Base = 69,85cm, com Base

10,34% maior que a sub-base;

3. Software FAARFIELD: Sub-base + Base = 62,75cm, com Base 41,50%

maior que a sub-base;

Analisando o desempenho dos métodos para o revestimento, observa-se

que o método tradicional apresenta a maior espessura. Quanto as outras camadas,

o método de cálculo de dimensionamento do software Flexible Paviment Design é

o que apresenta a maior espessura. Assim, sabendo-se que um bom

dimensionamento é aquele capaz de suportar as solicitações ao qual será

submetido da forma mais econômica possível (menor espessura), tem-se que o

software FAARFIELD possibilita os melhores resultados para esse

dimensionamento.

Ao observar a espessura total, nota-se que o pior desempenho foi obtido

com a utilização do software Flexible Paviment Design. Os demais, método

tradicional e baseado na utilização do software FAARFIELD apresentaram uma

variação de apenas 2,77% entre os resultados da espessura total. Mesmo assim,

o software mais atual da FAA, FAARFIELD, apresentou o menor dimensionamento,

tanto para as camadas não estabilizadas como para as estabilizadas.

69

Capítulo 7: Considerações Finais

Ao dimensionar um pavimento flexível para um aeroporto de médio porte,

considerando as aeronaves descritas e as características dos solos adotados,

(baseado no CBR) verifica-se que a metodologia e recomendações da FAA são

aplicáveis. Os resultados obtidos através dos cálculos manuais (método tradicional)

e dos cálculos através dos softwares disponibilizados gratuitamente pela FAA são

compatíveis, ressaltando algumas considerações específicas de cada software.

O método tradicional considera para os cálculos a aeronave de projeto, ou

seja, a aeronave que juntamente com o fluxo anual de decolagens necessita de

maior estrutura de pavimento. O software Flexible Paviment Design utiliza como

aeronave padrão a aeronave crítica, ou seja, a aeronave que possui maior PMD.

Já o software FAARFIELD, segundo a FAA (2008), considera a contribuição de

cada aeronave, levando em conta o seu uso até a fadiga do pavimento. Essa

consideração é chamada de Cumulative Damage Failure18 e tem como base

matemática a Regra do Dano Linear19.

Baseado nessas considerações e nos resultados obtidos, é possível verificar

que o software FAARFIELD, por ponderar o efeito de todo o Mix de aeronave,

apresenta o dimensionamento mais econômico. Dessa forma, ao evitar várias

considerações iniciais de cálculo e a utilização “não precisa” dos ábacos, fica claro

que informatizar os cálculos para a obtenção do dimensionamento dos pavimentos

18 Cumulative Damage Failure, ou seja, Fator Acumulativo de Danos causado por cada aeronave, levando em

conta o seu fluxo anual e PMD até a fadiga total do pavimento.

19 Pode-se dizer que a Regra do Dano Linear, também conhecida como Regra de Miner, é um dos modelos de

danos cumulativos para falhas causadas por fadiga mais utilizados. A teoria de danos cumulativos pressupõe

que um ciclo de tensão com uma tensão alternada acima do limite de resistência inflige um dano permanente

mensurável. Ela também pressupõe que os danos totais causados por um número de ciclos de tensão são iguais

à soma dos danos causados pelos ciclos de tensões individuais. (Ferreira, 2001)

70

flexíveis dos aeroportos permite um dimensionamento mais rápido, econômico e

preciso.

No método tradicional de dimensionamento, a maior dificuldade encontrada

é referente a precisão e utilização dos ábacos e a demanda de tempo para

realização dos cálculos. Com os softwares, em ambos os casos intuitivos, basta o

projetista compreender sua interface e inserir corretamente os dados de projeto. O

softwares FAARFIELD, por conter um banco de dados maior e mais completo de

aeronaves e por possuir a interface mais simples, se torna o mais eficiente em

termos de tempo de execução do dimensionamento.

Outra dificuldade encontrada entre os métodos, é a de assimilar o CBR ao

tipo de solo, visto que: O método tradicional considera apenas o CBR dos solos de

cada camada; O software Flexible Paviment Design solicita o CBR do subleito e da

sub-base, para a base ele solicita o tipo de solo; O software FAARFIELD solicita

apenas o CBR do subleito, para sub-base e base ele solicita informar o tipo de solo,

apresentando algumas opções, que são mais amplas do que o outro software. Essa

possibilidade de alterar o tipo de solo é uma vantagem no dimensionamento, pois

o projetista pode analisar as dimensões de cada camada, baseando-se na

disponibilidade de material.

A necessidade de estabilizar ou não as camadas, é outro fator interessante

apresentado pelos softwares. Ambos, alertam o projetista sobre a recomendação

da FAA para estabilização das camadas de base e sub-base ao utilizar aeronaves

com peso superior a 100.000 libras. Apesar da recomendação contida na norma da

FAA, o método tradicional de cálculo não apresenta uma observação ou situação

que referencie a necessidade de estabilização da camada, fazendo com que o

projetista muitas vezes não a pondere. Esse é um ponto positivo da utilização dos

softwares, pois emitem um aviso sobre essa recomendação.

Quando aos outros softwares, verificou-se que não há necessidade de

aplicar o software LEADFAR 1.3 (2004), pois segundo a FAA ele é desatualizado.

Em testes iniciais, verificou-se que a interface é a mesma do FAARFIELD,

71

entretanto, baseia-se na norma anterior e o mix de aeronaves é obsoleto, podendo

ser considerado uma versão inicial do FAARFIELD.

O software COMFAA 3.0 (2006) inicialmente abordado, também não foi

utilizado. Após um estudo mais específico, verificou-se que ele se emprega melhor

para determinação e padronização do ACN/PCN, não sendo possível calcular a

espessura do pavimento baseando-se apenas nele. Entretanto, seu emprego fica

como sugestão para trabalhos futuros baseado no ACN/PCN e na utilização do

método empírico de dimensionamento de pavimentos aeroportuários.

O software FAAR PAVEAIR (2012) também não foi abordado. Suas

atribuições vão além do dimensionamento do pavimento, destacando-se na gestão

do pavimento. Uma análise de sua utilização fica como sugestão para trabalhos

futuros, uma vez que, ele apresenta um sistema de gestão de pavimento amplo,

relacionando informações históricas e atuais do aeroporto, permitindo mensurar a

degradação da superfície do pavimento com o passar do tempo.

Baseando-se na aplicação do método da FAA para o caso estudado, o

software FAARFIELD se mostrou o método mais econômico e eficiente. Além disso,

as considerações de cálculo, o mix de aeronaves e suas especificações, a

facilidade de utilização do software, a possibilidade de inserir diversos tipos de solo

e a possibilidade de fixar a espessura para uma determinada camada, faz com que

o software se torne uma ferramenta indispensável para um bom dimensionamento.

Os fluxogramas de utilização dos softwares, disponíveis no trabalho, são um

incentivo para o uso dos softwares no meio acadêmico, pois mostram o “passo-a-

passo” de como utilizá-los. Lembrando que, os softwares disponíveis para o

dimensionamento de pavimentos aeroportuários pela FAA são gratuitos, eficientes

e de fácil manuseio.

Por fim, como sugestão para trabalhos futuros, baseando-se nas

possibilidades do software FAARFIELD, pode-se verificar a variação do

dimensionamento para taxas de crescimento diversas em aeroportos de pequeno,

médio e grande porte. Considerando também, o pavimento rígido.

72

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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76

APÊNDICE

77

Apêndice A: CRONOGRAMA

ANO

MÊS

DIAS

1 A 10

11 A

2021

A 31

1 A 10

11 A

2021

A 30

1 A 10

11 A

2021

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1 A 10

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2021

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2021

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1 A 10

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2021

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2021

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2021

A 31

1 A 10

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2021

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1 A 10

11 A

2021

A 28

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78

ANEXOS

79

Anexo 1: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE

POUSO DE RODA SIMPLES.

80

Anexo 2: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE

POUSO DE RODA DUPLA.

81

Anexo 3: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS. TREM DE

POUSO DUPLO TANDEM.

82

Anexo 4: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS PARA ÁEREAS

CRÍTICAS. B747-100, SR, 200 B, C, F

83

Anexo 5: CURVAS DE PROJETO DE PAVIMENTOS FLEXÍVEIS PARA ÁEREAS

CRÍTICAS. L-1011-100, 200

84

Anexo 6: QUADRO 3.5B DO ANEXO 14 (ICAO,1999)

85

86

Anexo 7: RELATÓRIO DIMENSIONAMENTO (FLEXIBLE PAVEMENT DESIGN)

87

88

89

Anexo 8: RELATÓRIO DIMENSIONAMENTO (FAARFIELD)

90