SEG OPER EM PAV r3c Completo

Ver 03c 241007
SEGURANÇA OPERACIONAL EM PAVIMENTOS
RODOVIÁRIOS E AEROPORTUÁRIOS
ATRITO
José Augusto Degrazia Campedelli
Alberto José Aulicino Neto
1
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
LRC
KSC
SLF
STS
RTLS
ALDF
ITTV
LSRA
BPT
ATD
CFME
FAA
ICAO
NASA
DIRENG
ANAC
USAF
CAP
CBUQ
CPA
NOTAM
IFI
IRFI
ABS
ASTM
SFT
FSF
Mu
Mph
Langley Research Center
Kennedy Space Center
Shuttle Landing Facility
Space Transportation System
Return-to-launch-site
Langley Aircraft Dynamics Facility
Instrumented Tire-Test Vehicle
Landing System Research Aircraft
British Pendulum Tester
Average Texture Depth
Continuous Friction Measuring Equipment
Federal Aviation Administration
International Civil Aviation Organization
National Aeronautics and Space Agency
Diretoria de Engenharia/Ministério da Aeronáutica
Agencia Nacional de Aviação Civil
United States Air Force
Concreto Asfáltico de Petróleo
Concreto Betuminoso Usinado à Quente
Camada Porosa de Atrito
Notice to Air Men
International Friction Index
International Runway Friction Index
Antilock Braking System
American Society for Testing and Materials
Surface Friction Tester
Flight Safety Foundation
Coeficiente de Atrito
Miles per Hour
2
ABSTRATO
Dentre os itens necessários à segurança da operação dos transportes terrestre e
aéreo, é de fundamental importância o controle do atrito na interface
rodas/pavimento, sem o qual não haveria tração, frenagem e controle direcional,
principalmente pelo crescimento constante da velocidade e peso dos veículos e as
consequências mais agudas que acidentes decorrentes de falhas nesse item
podem causar.
O presente trabalho tem como objetivo agrupar informações relevantes
relacionadas ao estudo do atrito em pavimentos, nos seus aspectos conceituais,
construtivos, de manutenção e legal, produzidos em nosso país e no exterior,
principalmente estudos realizados em países em estágio técnico e econômico
mais avançado, onde os aspectos técnicos e legais decorrentes da falha desse
item tem sido mais aprofundados.
3
AGRADECIMENTO
Ao engenheiro Victor Mah, nascido na China e naturalizado canadense,
engenheiro de pavimentos por mais de 30 anos nas bases da Força Aérea
Canadense, cujos conhecimento e experiência em pavimentos de aeroportos são
reconhecidos por profissionais da área em diversos países, pelas importantes
informações que nos transmitiu em sinal de amizade e pelo incentivo para que
chegássemos à este trabalho.
4
SUMÁRIO
1-Introdução
2-Histórico
3-Principais conceitos
3.1 Atrito
3.2 Tipos de Atrito
3.2.1 Atrito Estático
3.2.2 Atrito Dinâmico
3.3 Coeficiente de Atrito
3.4 Valor de Atrito
3.5 Derrapagem
3.6 Resistência à Derrapagem
3.7 Valor de resistência à Derrapagem
3.8 Velocidade de Deslizamento
3.9 Deslizamento Longitudinal
3.10 Ângulo de Deslizamento
3.11 Resistência ao Deslizamento
3.12 Textura da Superfície de Rolamento
3.12.1 Irregularidades ou Ondulações
3.12.2 Mega-Textura
3.12.3 Macro-textura
3.12.4 Micro-textura
3.13 Mecanismos de interação pneu-pavimento
3.14 Aquaplanagem
3.15 Espessura da Lâmina D’água
4-Medição do Atrito
4.1 Aspectos Gerais
4.2 Equipamentos Estáticos e Dinâmicos
4.3 Índices Internacionais de Atrito
4.4 Tempo de Fluxo
5-Aspectos Construtivos
5.1 Considerações Iniciais
5.2 Características Básicas dos Materiais de Construção
5.2.1 Resistência ao Polimento
5.2.2 Índice AAV
5.2.3 Índice de Abrasão Los Angeles
5
5.3 Procedimentos Construtivos
5.3.1 Fresagem Fina
5.3.2 Estriamento
5.3.3 Micro revestimento asfáltico à frio
5.3.4 Camada Porosa de Atrito – CPA
6-Manutenção do Atrito
6.1 Considerações Iniciais
6.2 Avaliações Periódicas da Resistência à Derrapagem com CFME
6.3 Avaliação Periódica da Textura Superficial
6.4 Requisitos Mínimos de Atrito e de Textura Superficial
6.5 Ações Corretivas
6.5.1 Remoção de Borracha
6.5.1.1 Jateamento d’água sob alta pressão
6.5.1.2 Jateamento d’água sob ultra alta pressão
6.5.1.3 Remoção química
6.5.1.4 Remoção por impacto em alta velocidade
6.5.2 Texturização superficial
7-Aspectos relacionados à Segurança
8-Referências bibliográficas
9-Anexos
9.1 Jateamento por impacto em alta velocidade – shotblasting
9.2 Exemplos de aplicação do “shotblasting” em aeroportos em outros
países.
9.3 Fotos de serviços de texturização em pistas de aeroportos
9.3.1 Aeroporto Toulouse-Blagnac, França
9.3.2 Aeroporto de Bagdá, Iraque
9.3.3 Aeroporto de Lima, Peru
9.3.4 Aeroporto Internacional de Brasília, Brasil
9.3.5 Aeroporto Internacional de Congonhas, Brasil
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1- Introdução
A segurança operacional em pavimentos rodoviários e aeroportuários depende
fundamentalmente do atrito que ocorre na interface roda/pavimento, através de
seus pontos de contato mais próximos que são, em última instância, a borracha
dos pneus e o material superficial dos pavimentos. É através desse atrito que se
manifestam as forças de tração, frenagem e de controle direcional dos veículos.
Eventuais deficiências de atrito costumam ser responsáveis por graves acidentes,
com prejuízos materiais e humanos.
Normalmente os pavimentos apresentam, quando secos, condição de atrito
suficiente para garantir o deslocamento seguro dos veículos. Entretanto, a
presença de contaminantes superficiais, como sujeira, água, óleo, borracha e
outros, conduz à perda dessa condição, a qual deve ser corretamente quantificada
para que sejam definidos os limites operacionais a serem obedecidos pelos
operadores e usuários.
O nível de atrito em pavimentos molhados depende de diversos fatores, tais como:
- velocidade: o coeficiente de atrito decresce na medida em que a velocidade
cresce, até que seja atingida a velocidade de aquaplanagem, quando o
coeficiente de atrito chega praticamente a zero.
- taxa de escorregamento ou derrapagem (em inglês slip ratio): a taxa de
escorregamento para a qual ocorre o pico de atrito depende do tipo de superfície
e do contaminante presente na mesma.
- pressão de calibragem dos pneus: embora seja um parâmetro importante, é
difícil estabelecer regras gerais para seus efeitos no coeficiente de atrito, pois
seus efeitos dependem de outros fatores.
- textura superficial: comentário idêntico ao anterior;
- espessura da lâmina d’água: idem.
Nas superfícies molhadas o coeficiente de atrito assume valores entre
praticamente zero, a partir da rolagem livre ( 0% de taxa de escorregamento) até
um máximo, para valores da taxa de escorregamento entre 10 e 20%. Na medida
em que a taxa de escorregamento cresce até atingir 100% (roda travada), o
coeficiente de atrito decresce. Normalmente os sistemas de freio das aeronaves
são projetados para operar na faixa de atrito máximo, na qual se obtém a máxima
eficiência do sistema de freios.
7
Taxa de escorregamento x coeficiente de atrito
Resumidamente, é possível estabelecer a seguinte sequência de causa e efeito,
baseada em estudo de Tom Yager – NASA 1983:
-
-
Condições climáticas como chuva e vento, associadas às características
geométricas da superfície de rolamento condicionam a possibilidade de
acúmulo de água nessa superfície;
As características dos pneus e da superfície de rolamento influenciam a
capacidade de drenagem da água acumulada;
Esses dois fatores, juntamente, definem o nível do atrito superficial.
-
O nível de atrito disponível, juntamente com as características de frenagem do
veículo e das habilidades de seu condutor determinam o comportamento do
veículo em um pavimento molhado.
8
Fatores que afetam a performance das aeronaves em pistas molhadas
(Segundo Yager, 1983)
A questão do atrito em pavimentos deve ser considerada de forma abrangente,
passando pela obediência às normas de projeto dos pavimentos e seus
revestimentos, pela escolha criteriosa dos materiais de construção a serem
empregados nas superfícies de rolamento e de seus métodos executivos, e pelo
controle sistemático de desempenho que subsidie um eficiente programa de
manutenção dos pavimentos pelos órgãos responsáveis.
Não há dúvida de que há forte correlação entre atrito superficial em pistas de
rolamento e risco de acidentes. Portanto, o atrito é fator extremamente relevante
para a segurança do tráfego, embora seja difícil isolar seu efeito no conjunto de
possíveis causas geradoras de acidentes. Muitos estudos mostram o dramático
aumento de risco de acidentes quando o atrito decresce abaixo de certos valores
adotados como referência, em rodovias e pistas de aeroportos. Entretanto, quando
todas as ações preventivas, no que se refere a aderência pneu/pavimento, não
forem suficientes à impedir a ocorrência de acidentes, pretende-se que seus
efeitos sejam ao menos minimizados. A questão da responsabilidade pelos
acidentes ocorridos em vias urbanas, rodovias e pistas de aeroportos também
deve ser vista pela possível inadequação das condições operacionais oferecidas
aos usuários dessas vias e pistas.
9
2- Histórico
A questão do atrito como fator de segurança operacional em pavimentos vem
sendo considerada há bastante tempo em países mais desenvolvidos. Um
exemplo importante a ser citado é o do Reino Unido. Lá, o problema da falta de
aderência em superfícies de pavimentos vem sendo enfrentado desde que as
primeiras estradas foram construídas. Já em 1930 o mecanismo da derrapagem
foi explorado, usando-se uma motocicleta e um “sidecar” especial, cuja direção
permitia múltiplos movimentos e facilidades de frenagem.
Em 1988, o Departamento de Transporte daquele país introduziu índices mínimos
de resistência à derrapagem para a sua rede viária principal. Esse padrão baseouse em muitas pesquisas realizadas em anos anteriores, que estabeleceram o
efeito das condições das superfícies de rolamento sobre o risco de acidentes, e
introduziam uma estratégia para a predição e controle desse risco.
As pesquisas sobre resistência à derrapagem em superfícies de rolamento
passaram a ser contínuas. A especificação de materiais que compõem essas
superfícies e os métodos de sua execução também se desenvolveram desde
então. A análise de acidentes passou a considerar as condições locais do
pavimento, permitindo uma conexão entre suas características, resistência à
derrapagem e o risco de acidente associado. Usando-se as informações obtidas
em cada local de acidente, estatísticas puderam ser produzidas para indicar o
risco de acidente que poderia ser causado pela falta de resistência à derrapagem.
De modo geral, é maior o risco de acidente em locais de menor resistência à
derrapagem, observando-se o aumento progressivo desse risco na medida em
que essa resistência diminui.
Como exemplo de meta a ser cumprida para redução do número de acidentes
rodoviários, o Governo Britânico, através de sua “Highways Agency”, estabeleceu
que até o ano de 2010, tendo como base as estatísticas do ano de 1994, deverá
se perseguida a redução de 33% nos acidentes rodoviários envolvendo pessoas
mortas e seriamente feridas e contribuição para a meta nacional de redução de
acidentes envolvendo crianças, de 50%.
Um componente importante da revisão da política britânica de controle da
resistência à derrapagem foi revisitar a pesquisa que procurava relacionar a
resistência à derrapagem à ocorrência de acidentes, na qual a política original era
baseada. A norma produzida em 1988 definiu 13 categorias de locais em rodovias,
refletindo as diferentes características da rede, em termos de geometria e da
presença de cruzamentos. Para cada categoria de local valores padrão de
referência de resistência à derrapagem foram definidos na norma, baseados em
uma análise da relação entre acidentes e resistência à derrapagem em 1.000 km
de estradas. Como parte dessa revisão, uma nova análise de acidentes foi
definida e uma revisão da norma para medição e interpretação da resistência à
10
derrapagem foi produzida, entrando em vigor nas estradas principais do Reino
Unido em agosto de 2004.
As mudanças introduzidas pela nova norma incluíram alterações nos
equipamentos de medição de atrito modelo SCRIM (sigla de Side-Force
Coefficient Routine Investigation Machine) e nas estratégias de pesquisa, revisão
da definição das categorias de local e a introdução de uma gama de níveis
investigatórios para cada categoria, diretrizes de investigação de local
aperfeiçoadas, e uso objetivo de sinalização de estradas escorregadias. Acreditase que essa revisão de norma terá como resultado maior poder de tomada de
decisões, levando à priorização mais efetiva dos orçamentos para manutenção
rodoviária. Além disso, espera-se que o custo de antecipar o tratamento em locais
para os quais a norma revisada atribuiria um padrão de referência mais alto irá ser
recuperado através da redução dos custos com acidentes durante a vida útil do
pavimento.
Veículo medidor de atrito SCRIM
Como forma de garantir a efetiva implementação da revisão da norma, e obter os
benefícios previstos decorrentes, combinou-se programas de treinamento para
engenheiros, avaliação crítica de propostas de manutenção através do processo
de Gerenciamento das Agências Rodoviárias, e da implementação de auditorias.
A nova norma foi introduzida em 2004. A principal referência para todas as normas
e especificações, no que diz respeito ao projeto, construção e manutenção de
estradas e pontes no Reino Unido é o Manual de Projetos para Estradas e Pontes.
O manual é extensivamente usado por órgãos rodoviários locais e empresas de
manutenção rodoviária, como documento de referência. O volume 7 é o principal,
no que diz respeito a Projetos e Manutenção de Pavimentos, em cuja seção 3 está
a Avaliação da Manutenção de Pavimentos, parte 1, Resistência à Derrapagem.
Este estabelece como gerenciar a manutenção de níveis adequados de
11
resistência à derrapagem para troncos rodoviários, detalhando como as medições
de resistência à derrapagem deverão ser feitas e interpretadas.
O texto acima revela a preocupação com a questão do atrito ou resistência à
derrapagem em rodovias no Reino Unido, procurando-se principalmente a
diminuição da ocorrência de acidentes.
Essa questão é o foco principal deste trabalho e deverá ser abordada
seguidamente ao longo do mesmo.
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3- Principais Conceitos
3.1 Atrito
É a resistência que um objeto encontra ao se mover sobre outro objeto. A força
contrária ao movimento é chamada força friccional ou de atrito.
O atrito é provocado pela aspereza, ou seja, pela rugosidade das superfícies em
contato. Quando uma superfície é esfregada na outra, tendem a se interpenetrar,
observando-se uma resistência ao movimento relativo entre as mesmas.
Cientistas concordam que o atrito é provocado pela coesão das moléculas
localizadas nas superfícies que estão em contato. Esta adesão superficial ocorre
por que nos pontos de contato as moléculas de cada superfície estão tão próximas
que passam a exercer forças intermoleculares entre si. Portanto, desta maneira,
nos pontos de contato as moléculas são praticamente “soldadas a frio”. A força de
atrito pode ser associada à ruptura destas soldas diminutas. Experiências
mostram que neste processo de ruptura pequenos fragmentos de uma superfície
podem ser cortados e transportados para a outra superfície.
Vale lembrar que a força de atrito em superfície que “rola” é menor do que em
superfície que “desliza” na outra, pois as soldas microscópicas são “descascadas”
e não “cortadas” como no outro modo de atrito.
O atrito está presente em quase todos os tipos de movimento e é muito útil em
alguns e inútil em outros. O atrito é muito útil em movimento como o andar pois se
não houvesse atrito entre a sola dos sapatos e o chão isto não seria possível. A
tentativa de andar sobre uma pista de gelo exemplifica essa dificuldade. Há atrito
também entre as rodas dos veículos e a superfície dos pavimentos, onde as
saliências ou estrias dos pneus servem para melhorar o atrito e melhorar o
movimento.
Atritos inúteis podem ser os que causam desgastes em peças de máquinas, ou
em quaisquer peças móveis.
Meios como o ar e a água também opõem resistência ao deslocamento pelo atrito.
3.2 Tipos de Atrito
3.2.1 Atrito Estático
É o atrito que atua enquanto o corpo está em repouso. Este atrito foi estudado
pela primeira vez pelo cientista francês Coulomb (1736-1806), que aplicou forças
sobre um corpo de teste em repouso com o intuito de movimentá-lo. Sob a ação
destas forças a superfície reagia exercendo sobre o corpo uma força de atrito .
Nos primeiros instantes Coulomb percebeu que o corpo não se movimentava
porque a força equilibrava o sistema, de acordo com a 1ª Lei de Newton. Mas,
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depois de continuar aumentando a força, o físico conseguiu fazer o corpo se
movimentar. Coulomb determinou experimentalmente a força mínima necessária
para fazer o corpo movimentar. Essa força é chamada de FORÇA DE ATRITO
ESTÁTICO ou FORÇA DE ATRITO DE DESTAQUE (ARRANQUE).
Desta maneira, a força de atrito varia de zero (quando não há solicitação de
movimento) até um valor máximo, quando é chamada de força de atrito de
destaque.
É importante notar que a força de atrito estático é igual à força mínima necessária
para iniciar o movimento.
Com estas experiências Coulomb estabeleceu algumas leis:
1. a força de atrito estático é independente da área de contato entre as duas
superfícies;
2. a força de atrito estático é dependente da natureza das superfícies de
contato;
3. a força de atrito estático é proporcional à força normal (perpendicular) às
superfícies.
A constante de proporcionalidade só depende da natureza das superfície em
contato e é chamada de coeficiente de atrito estático.
3.2.2 Atrito Dinâmico
Atrito dinâmico é quando há movimento relativo entre os corpos. Existem dois
tipos de atritos dinâmicos: o de deslizamento ou escorregamento e o de
rolamento. O primeiro é quando uma superfície escorrega sobre a outra sem que
nenhum dos dois gire; e o de rolamento é quando um dos dois gira, como o
movimento de uma roda. É claro que em algumas situações podem existir os dois
tipos de atrito dinâmicos ao mesmo tempo.
No atrito de deslizamento para iniciar um movimento é necessária uma força
mínima maior que a força de atrito de destaque, mas para manter este mesmo
corpo em movimento é preciso uma força menor que a força de atrito de destaque.
Esta força menor é chamada de força de atrito dinâmico e tem as seguintes
características:
•
•
•
•
é menor que a força de atrito estático para as mesmas superfícies;
é independente das áreas de contato;
para velocidades não muito altas é independente da velocidade;
é proporcional à reação normal de apoio.
Um exemplo deste fenômeno é quando um carro é empurrado a partir do repouso.
Primeiramente é exigida uma força grande até o carro iniciar o movimento, mas
14
depois que este se inicia uma força menor é necessária para mantê-lo em
movimento.
Para um par de superfície de mesmo material, o coeficiente de atrito dinâmico é
menor que o estático.
A força de atrito dinâmico varia com a velocidade. Para velocidades pequenas ela
tem um valor constante. O coeficiente de atrito permite saber se a superfície
exerce pouca ou muita resistência ao movimento. Quanto maior a aspereza de
uma superfície maior será o seu coeficiente de atrito.
3.3 Coeficiente de Atrito
É o resultado da divisão da força friccional ou de atrito, paralela à superfície de
contato, pela força normal à essa mesma superfície.
O coeficiente de atrito é um valor adimensional que expressa a oposição que as
superfícies de dois corpos em contato apresentam ao deslizar uma em relação à
outra. Usualmente este coeficiente é representado com a letra grega µ ( um ).
O valor do coeficiente de atrito é característico de cada par de materiais, e não
uma propriedade intrínseca dos materiais. Depende de muitos fatores tais como o
acabamento das superfícies em contato e a velocidade do movimento relativo
entre as superfícies consideradas.
Usualmente se distinguem dois valores de coeficiente de atrito:
•
•
Coeficiente de atrito estático ( µe ), medido quando ambas as superfícies
estão em repouso;
Coeficiente de atrito dinâmico ( µd ), medido quando as superfícies estão
em movimento relativo entre si.
Para ilustrar, são apresentados a seguir valores aproximados de coeficientes de
atrito observados no contato entre alguns materiais:
Valores Aproximados de Coeficientes de Atrito
Superfícies em Contato
Teflon com Teflon
Borracha no Concreto (molhado)
Borracha no Concreto (seco)
Aço no Aço
Metal com Metal (lubrificado)
Juntas humanas
Pranchas de esqui (sobre neve molhada)
Gelo em Gelo
Madeira em Madeira (Áspera)
Estático (µe)
=0.04
= 0.30
=1.00
= 0.74
= 0.15
= 0.01
= 0.14
= 0.10
= 0.50
Dinâmico (µd)
=0.04
= 0.25
= 0.80
= 0.57
= 0.06
= 0.003
= 0.10
= 0.03
= 0.40
15
Na publicação IPR/DNIT, “Pesquisa de Asfaltos Modificados por Polímeros”, de
junho/1998, é apresentada uma tabela que relaciona as condições de segurança
em rodovias com coeficientes de atrito disponíveis.
Avaliação das Condições de Segurança
Classe de resistência à Derrapagem
1-Perigosa
2-Muito lisa
3-Lisa
4-Insuficientemente rugosa
5-Medianamente rugosa
6-Rugosa
7-Muito rugosa
CA – Coeficiente de Atrito
< 0,24
0,24 – 0,30
0,31 – 0,37
0,38 – 0,44
0,45 – 0,51
0,52 – 0,72
> 0,72
3.4 Valor de Atrito – VA (em inglês Friction Value – FV)
É o valor numérico do atrito dado por equipamento específico de medida. Para
alguns equipamentos corresponde ao coeficiente de atrito multiplicado por 100. É
importante esclarecer que certos valores de atrito estão relacionados a específicos
equipamentos de medida, específico pneu de teste e específicas condições
operacionais.
3.5 Derrapagem (em inglês Skid)
É o deslizamento sobre uma superfície escorregadia. Para um veículo,
derrapagem é o deslizamento da roda, total ou parcialmente travada sobre o
pavimento.
3.6 Resistência à Derrapagem (em inglês Skid Resistance)
É a força desenvolvida quando um pneu impedido de girar escorrega sobre a
superfície de um pavimento. Mais correntemente, a resistência à derrapagem é
tomada como uma propriedade da superfície do pavimento que condiciona o modo
de condução e frenagem de um veículo.
Estudos realizados demonstram consistente e alta correlação entre resistência à
derrapagem e teor de betume de um revestimento. Quanto mais alto esse teor
mais baixa é a resistência à derrapagem, com resultados que sugerem que o teor
de betume pode ser o principal fator na composição da mistura afetando a
resistência à derrapagem.
Esses mesmos estudos indicam que a textura superficial de um pavimento, função
de suas micro e macro-texturas, que são condicionadas pela composição da
mistura do revestimento, é o fator de controle do nível de resistência à
derrapagem em rodovias e pistas. Ainda, que a micro-textura superficial é mais
16
importante que a macro-textura no controle da resistência à derrapagem, sendo a
primeira controlada pela quantidade de areia na mistura e a Segunda pela de
pedrisco. Quanto ao “filler”, o aumento de seu teor na mistura do revestimento é
correlacionado com o decréscimo da resistência à derrapagem.
Macro e Micro-texturas Superficiais
3.7 Valor de Resistência à Derrapagem (em inglês Skid Number – SN)
É o valor de atrito medido de acordo com a norma ASTM274, a qual descreve a
medição do atrito utilizando-se um pneu padronizado de teste, liso (em inglês
smooth) ou ranhurado (em inglês ribbed), travado. O Valor de Resistência à
Derrapagem é o coeficiente de atrito medido multiplicado por 100. A codificação
do resultado medido informa a velocidade em que o teste foi executado e o tipo de
pneu utilizado. Por exemplo, o valor SN65S=55 indica um coeficiente de atrito
igual a 0,55 medido à uma velocidade de 65 km/h (40 mph), com pneu macio
(Smooth).
3.8 Velocidade de Deslizamento (em inglês Slip Speed)
É a velocidade relativa entre o pneu e a superfície de rolamento, no centro da área
de contato. Uma roda girando livremente tem velocidade de deslizamento igual a
zero e uma roda totalmente travada tem velocidade de deslizamento igual à
velocidade de deslocamento do veículo.
3.9 Deslizamento Longitudinal, Proporção de Deslizamento Longitudinal
É o quociente entre a velocidade de deslizamento pela velocidade de operação.
17
3.10 Ângulo de Deslizamento (em inglês Slip Angle)
É o ângulo formado entre o plano da roda e a direção do deslocamento, tomado
no centro da área de contato do pneu com a superfície de rolamento.
3.11 Resistência ao Deslizamento (em inglês Slip Resistance)
É o coeficiente de atrito de uma superfície utilizada como piso, medido com
equipamento específico tal como o Pêndulo Britânico.
3.12 Textura da Superfície de Rolamento
A textura superficial de um pavimento influencia muitos aspectos da interação
pneu-pavimento, incluindo o atrito na condição de superfície molhada, ruído de
rolagem, o espalhamento ou salpico (em inglês splash) e o borrifo (em inglês
spray), a resistência de rolagem e o desgaste dos pneus. Essa textura é
decorrente da textura dos agregados que compõem o revestimento, de sua
graduação na mistura e das técnicas de acabamento superficial. A textura
superficial do pavimento não só pode contribuir para a interação pneu-pavimento
mas também para a rápida drenagem superficial durante a ocorrência de chuvas.
Em 1987 o Permanent International Association of Road Congresses – PIARC,
propôs quatro categorias para a classificação das características superficiais dos
pavimentos, baseadas na amplitude e comprimento de onda das mesmas:
irregularidades ou ondulações (em inglês unevenness), mega-textura, macrotextura e micro-textura. Além desses, os termos textura negativa e textura positiva
são também mencionados na literatura, mas tem mais a ver com o método
executivo do pavimento e com o tipo de material colocado na superfície.
3.12.1 Irregularidades ou ondulações tem comprimentos de onda acima dos
limites da macro-textura, entre 500 mm até 100 metros (>20 polegadas).
Superfícies que apresentam irregularidades ou ondulações com esses
comprimentos de onda impactam a dinâmica do veículo, o conforto de sua
dirigibilidade e a drenagem superficial do pavimento
3.12.2 Mega-textura é um componente do perfil da superfície que indica quão
plana é a superfície. Sua faixa de comprimento de onda fica entre 50 e 500 mm
(entre 2 e 20 polegadas) e amplitudes verticais entre 0.1 mm à 50 mm (0.004 à 2
polegadas). Nível elevado de mega-textura é resultado típico de baixa qualidade
de execução, recalques localizados ou de deterioração superficial. Uma baixa
mega-textura reduz a demanda da suspensão dos veículos, especialmente
durante a frenagem e condução, reduzindo também o empoçamento d’água. Uma
má mega-textura pode ser resultado de deformações de superfície, sulcagem ou
más técnicas de execução, podendo afetar a drenagem da água e aumentar o
risco de aquaplanagem.
18
3.12.3 Macro-textura é efetivamente a profundidade média dos vãos e vazios
existentes entre as partículas do agregado bruto de uma superfície, ou seja, dos
veios existentes entre os agregados que afloram à superfície do revestimento, que
funcionam como canais para escoamento da água na chamada micro-drenagem
superficial, contribuindo grandemente para a resistência à derrapagem em
pavimentos molhados. Sua faixa de comprimento de onda fica entre 0.5 e 50 mm
(0.02 e 2 polegadas) e amplitude vertical entre 0.1 e 20 mm (0.004 e 0.8
polegadas).
A macro-textura desempenha o papel principal na característica de atrito de
superfícies de pavimentos molhados, especialmente para veículos em altas
velocidades.
Uma boa profundidade de macro-textura colabora na drenagem da água, evitando
a formação de poças ou lâminas de água capazes de causar aquaplanagem. Essa
profundidade normalmente é da ordem de 1.0 mm. Uma boa profundidade de
macro-textura é necessária para permitir a deformação mecânica do pneu
(histerese) que dissipa energia sob a forma de calor.
É relativamente estável e tem sido tradicionalmente medida pelo Ensaio de
Mancha de Areia (em inglês Sand Patch Test) ou por perfilômetros à laser,
viajando a velocidades normais de tráfego. Esta medição tem como resultado um
valor chamado de Profundidade Média da Macro-textura (em inglês Average
Texture Depth – ATD).
A macro-textura tende a fechar e diminuir com o tempo, pelo desgaste superficial
ou pela deposição de contaminantes, como a borracha. A manutenção periódica é
necessária para a remoção de contaminantes ou mesmo para a reabertura desses
micro canais. Os processos normalmente utilizados são a remoção química de
borracha ou a re-texturização superficial por jateamento, que além de remover
contaminantes também refaz a rede de veios superficiais quando esses já
apresentarem sinais de desgaste.
Quanto ao tipo das macro-texturas, as positivas ocorrem quando o agregado se
projeta para fora da superfície do revestimento, o que ocorre tipicamente nos
tratamentos superficiais. As negativas, são de superfícies como a do concreto
betuminoso usinado à quente (CBUQ) e em áreas estriadas de um pavimento
(“grooved”), onde os veios superficiais se endentam ou se formam entre as
partículas dos agregados numa superfície plana.
A macro-textura, além de contribuir para a aderência dos pneus em superfícies
molhadas também melhora a visibilidade do pavimento, reduz a reflexão da luz e
melhora a percepção das marcas viárias da sinalização.
3.12.4 Micro-textura de uma superfície é proporcionada pela aspereza ou textura
da superfície dos agregados individuais que afloram à superfície do revestimento,
19
que podemos sentir com a ponta dos dedos. Ela é influenciada pela mineralogia e
textura cristalina dos agregados. Sua faixa de comprimento de onda vai de 1
mícron à 0.5 mm (0.0004 à 0.02 polegadas) e amplitudes verticais menores que
0.2 mm (0.008 in). É a principal contribuinte para a aderência ou resistência à
derrapagem do pneu, particularmente em baixas velocidades (até 80 km/h).
Usualmente é medida através do instrumento estático chamado Pêndulo Britânico.
Normalmente essa aspereza é adquirida no processo de britagem das rochas que
compõem o agregado superficial, e tem a tendência de se desgastar com o tempo,
sendo importante a escolha de rochas de boa qualidade para que essa
característica seja a mais duradoura possível. Entretanto, quando a superfície do
agregado começa a apresentar sinais de polimento excessivo a superfície do
pavimento como um todo deve ser recuperada, seja através de um processo de
re-texturização ou da aplicação de um novo revestimento.
Classificação PIARC
3.13 Mecanismos de interação pneu-pavimento
No processo de interação pneu-pavimento se observa que o coeficiente de atrito
depende de diversos fatores, como a presença ou não de água, velocidade de
deslocamento relativo, tipo e condição do pavimento, composição da borracha dos
pneus, pressão dos pneus e seu nível de desgaste.
20
Entre os mecanismos responsáveis pelo atrito pneu/pavimento estão a histerese e
a adesão. O primeiro diz respeito à perda de energia que ocorre pela deformação
da borracha enquanto esta se amolda à superfície do pavimento, que não
depende da presença da água. O segundo, decorre dos vínculos intermoleculares
entre a borracha do pneu e o agregado superficial do pavimento. Este mecanismo
é o maior responsável pelo atrito em pavimento seco e é suscetível de grande
redução quando o pavimento é molhado. Estes dois mecanismos sofrem alteração
em caso de escorregamento entre as superfícies.
Mecanismos de Atrito
De acordo com estudos realizados, o mecanismo de força de atrito por histerese é
relacionado à macro-textura enquanto que a força de atrito por adesão é
relacionada à micro-textura da superfície do pavimento.
Os pavimentos podem ser classificados em quatro categorias, em função de suas
macro e micro-texturas, que definem as suas características de atrito nas
situações seco e molhado:
O tipo I é característico de pavimentos novos, com textura aberta e sem desgaste
dos agregados superficiais, ou seja, com macro-textura aberta e micro-textura
rugosa e áspera, obtém-se altos índices de histerese e adesão. Mesmo em
condição molhada não há perda significativa de atrito devido à capacidade de
escoamento da água sob o pneu em qualquer velocidade de deslocamento.
O tipo II é característico de pavimentos que já apresentam algum desgaste em
sua micro-textura e tem diminuída sua parcela de atrito por adesão. Aqui, o
21
mecanismo de histerese passa a ser mais importante, principalmente em condição
de pista molhada. Pneus fabricados com material que apresente valores altos de
histerese respondem melhor nessas condições.
Neste caso, em que o pavimento ainda possui macro-textura aberta, o
escoamento da água sob os pneus é possível, o que reduz o risco de
aquaplanagem, embora, em casos de aumento da velocidade e da lâmina d’água,
o fenômeno possa ocorrer.
O tipo III é característico de pavimentos com macro-textura mais fechada e microtextura rugosa, como costuma ocorrer em pavimentos recém construídos.
Apresentam alto valor de atrito por adesão em pistas secas, pela boa microtextura. Em pistas molhadas, pela macro-textura mais fechada, o escoamento da
água superficial acima dos veios superficiais, faz com que o atrito por adesão seja
prejudicado. Os únicos canais possíveis para o escoamento passam a ser os
sulcos dos pneus e a inclinação do pavimento. Neste caso há maior facilidade de
ocorrência da aquaplanagem,
O tipo IV caracteriza-se pela macro-textura fechada e micro-textura suave. Este
tipo apresenta baixo valor do coeficiente de atrito em pista seca, pela menor
adesão proporcionada pela baixa micro-textura, e em pista molhada pela
incapacidade de escoar a água através da macro-textura fechada. Neste caso,
devido aos valores reduzidos de atrito por adesão e histerese, é exigida mais
distância de pista para executar a frenagem, mesmo em pista seca.
22
Como se observa, a tendência dos pavimentos é apresentar, com o tempo, a
condição do tipo IV, quer pelo desgaste decorrente do uso como pelo acúmulo de
contaminantes na superfície, que conduzem à redução progressiva das micro e
macro-texturas, respectivamente.
Essa tendência é que exige a intervenção periódica de manutenção nos
pavimentos, principalmente nos aeroportuários, no sentido de que sejam
restauradas e mantidas suas condições de segurança operacional.
3.14 Aquaplanagem
A Fligth Safety Foundation, de acordo com a ASTF (2004), define que a
aquaplanagem, ou hidroplanagem, inicia-se no ponto onde a elevação
hidrodinâmica sob os pneus equivale ao peso do veículo conduzido pelas rodas.
De acordo com estudos realizados nesta área, quando o pneu se desloca sobre
um pavimento molhado é possível serem detectadas três zonas distintas de
contato na interface pneu-pavimento.
A zona 1, localizada na frente da zona de contato, cujo tamanho depende da
velocidade do pneu, é a região com maior concentração de água e onde o risco de
aquaplanagem é maior.
A zona 2, intermediária, é a zona onde a lâmina d’água é rompida e o contato
pneu-pavimento começa a ocorrer.
23
A zona 3, a chamada zona seca ou de contato, é a região de melhor contato entre
pneu-pavimento, onde a presença de água é praticamente nula.
Na condição estática do pneu, a área de contato com o pavimento é toda na zona
3 e, na medida em que a velocidade aumenta surgem as zonas 1 e 2, com a
correspondente redução da zona 3, até o momento em que esta desaparece e
ocorre o fenômeno da aquaplanagem.
É importante mencionar a possibilidade de ocorrência da chamada
viscoplanagem, na zona 2 de contato, onde uma película d’água entre o
pavimento e o pneu atua como um obstáculo ao contato completo das arestas da
superfície com a borracha do pneu. A água lubrifica a superfície e o atrito é
reduzido. Esse fenômeno ocorre geralmente em pavimentos úmidos (após a
chuva) enquanto o fenômeno da aquaplanagem ocorre em pavimentos bastante
molhados (durante a chuva).
24
Ressalte-se que os tamanhos dessas zonas de contato ( 1, 2 e 3) não dependem
só da velocidade, sendo também determinados pela textura superficial do
pavimento, densidade e viscosidade do fluído, do padrão de desenho da banda de
rodagem do pneu e sua pressão.
3.15 Espessura da lâmina d’água
Yager , Phillips, e Horne, 1970, estabeleceram as seguintes definições para os
termos que indicam o nível de água na superfície de um pavimento:
25
3.15.1 Úmido (em inglês damp), assim definido quando a umidade presente altera
a coloração superficial e a profundidade da lâmina é menor ou igual a 0,01
polegadas (0,254 mm), medida que pode ser feita com o medidor de lâmina
d’água da NASA.
3.15.2 Molhado (em inglês wet), assim definido quando a espessura média da
lâmina d’água está compreendida entre 0,01 e 0,1 polegadas (0,254 e 2,54 mm),
medida que pode ser feita com o medidor de lâmina d’água da NASA;
3.15.3 Inundado (em inglês flooded), assim definido quando a espessura da
lâmina d’água exceder 0,1 polegada (2,54 mm), medida que pode ser feita com o
medidor de lâmina d’água da NASA.
Quanto aos efeitos da espessura da lâmina d’água no atrito, estes dependem da
pressão dos pneus.
Diferentes tendências tem sido observadas entre pneus que utilizam alta pressão
(geralmente caracterizada quando igual ou superior a 100 psi), e aqueles que
utilizam baixa pressão.
Para pneus de avião com alta pressão, o efeito da espessura da lâmina d’água
varia com a textura superficial do pavimento;
- Para pneus com alta pressão em superfícies com textura baixa, a curva atrito vs
velocidade é praticamente idêntica para superfícies úmidas e inundadas. Nesse
caso, a condição úmida produz perda similar de atrito a da condição inundada.
- Para pneus com alta pressão em superfícies com textura elevada, a curva atrito
vs velocidade varia em função da espessura da lâmina d’água:
•
•
Em pistas úmidas a curva característica não mostra alteração com o
aumento da velocidade, indicando que o atrito se mantém;
Em pistas inundadas o atrito decresce rapidamente quando a velocidade
aumenta. Isto reflete o efeito da aquaplanagem dinâmica parcial, que se
torna mais significativa quando a velocidade aumenta.
- Para pneus que utilizam baixa pressão, o atrito é essencialmente independente
da espessura da lâmina d’água para valores excedendo 0,3 à 0,5 mm.
26
4- Medição do Atrito
4.1 Aspectos Gerais
A medição do atrito em superfícies de rolamento tem como objetivo se verificar a
necessidade ou não de ações corretivas para a manutenção da segurança
operacional de seus usuários e também informá-los, caso dos pilotos de
aeronaves, do estado da superfície das pistas antes das operações de pouso e
decolagem, considerando ser este fator importante para a definição de suas
atitudes de pilotagem.
Em 1994, na terceira edição do Manual de Serviços dos Aeroportos (OACI Doc
9137-NA/898, segunda parte), a Organização de Aviação Civil Internacional –
OACI destacou a importância das características de atrito que constituem ainda
hoje a causa principal de ultrapassagens de fim de pista e de saídas laterais. O
custo elevado das modernas aeronaves de transporte de carga e passageiros de
grande porte e a segurança das pessoas impõe o controle, com grande rigor, da
qualidade da rugosidade das superfícies das pistas de pouso e decolagem.
As pistas aeroportuárias apresentam, em relação às rodoviárias, especificidades,
cujas mais importantes são a velocidade de operação dos veículos, a
preponderância do coeficiente de atrito longitudinal, os problemas decorrentes da
deposição de borracha, a necessidade de medidas imediatas em caso de
dificuldades meteorológicas, a necessidade de correlação entre os diversos
equipamentos de medida.
Apesar da importância do atrito como parâmetro de segurança operacional em
rodovias e pistas de aeroportos, é um dado difícil de se medir. Os equipamentos
normalmente utilizados para essa finalidade são relativamente simples mas a
força objeto da medida é muito sensível à diversos parâmetros difíceis de serem
controlados. Assim, é comum haver diferenças entre medidas consecutivas da
ordem de 5% na mesma superfície e com o mesmo equipamento.
A medida da aderência em superfícies de rolamento pode ser feita através de
medidas geométricas da textura superficial e, também, através da medida direta
da aderência física. A OACI escolheu esse último método para a utilização em
pistas de aeroportos.
Quando se faz uma medida de atrito entre duas superfícies existem, na verdade,
três entes envolvidos que são: o pneu de teste, a superfície de rolamento e algum
tipo de contaminante interagindo com ambos. Como exemplos, os contaminantes
podem ser a água (atrito molhado), partículas de poeira ou partículas soltas
resultantes do desgaste superficial do pavimento. Os valores de atrito medidos
dependem, em grande parte, das características desses três entes, das pressões
existentes nas áreas de contato, as velocidades relativas entre eles, etc.
27
É apresentado, a seguir, um sumário com os principais fatores que influenciam o
atrito em superfícies de pavimentos:
Fatores que influenciam o atrito em superfícies de rolamento
Superfície
Contaminante (fluído)
Pneu
Macrotextura
Microtextura
Megatextura/Ondulações
Química dos Materiais
Temperatura
Condutividade Térmica
Calor Específico
Estrutura Química
Viscosidade
Densidade
Temperatura
Condutividade Térmica
Calor Específico
Espessura do filme
Padrão de desenho da banda
Composição da Borracha
Pressão de Calibragem
Dureza da Borracha
Carga
Velocidade de Deslizamento
Temperatura
Condutividade Térmica
Calor Específico
(extraído de Kummer and Sandberg)
Os equipamentos comerciais de medição do atrito podem ser divididos em dois
grupos básicos:- decelerômetros (DEC) e equipamentos de medição contínua do
atrito (em inglês Continuous Friction Measuring Equipment – CFME).
Um programa de trabalho conduzido pela NASA entre os anos de 1996 e 2000,
envolvendo fabricantes de equipamentos de medição de atrito, de aeronaves,
empresas de transporte aéreo e agências de governo de oito países, foi
desenvolvido com o objetivo de harmonizar os resultados de medições de atrito
obtidos com diferentes equipamentos em diversas condições de pavimentos e de
clima. Nesse período foram realizados aproximadamente 400 vôos instrumentados
de teste e mais de 9000 testes de atrito em condições de pista limpa e seca, sob
chuva e artificialmente molhada, artificialmente inundada, neve solta e
compactada, gelo liso e rugoso, com areia e gelo tratado com produtos químicos e
neve derretida. Esse programa não visou apenas padronizar a medição de atrito
em pistas de aeroportos mas também oferecer aos operadores dessas pistas
parâmetros relacionando níveis de atrito medidos e ações necessárias à
manutenção da segurança operacional decorrente desse fator.
Dos parâmetros relativos à superficie, a textura é o mais importante, tendo a
macro-textura recebido mais interesse nas pesquisas.
4.2 Equipamentos estáticos e dinâmicos
4.2.1 Equipamento estático de medição de atrito é aquele que efetua medidas de
atrito superficial sem necessidade de movimento. Como exemplo tem-se o
Pêndulo Britânico. Esse tipo de equipamento fornece resultados de atrito
relacionados à microtextura superficial e, portanto, não cobre outras
características superficiais também responsáveis pela geração de atrito.
28
( só o equipamento da direita)
4.2.2 Equipamentos dinâmicos de medição de atrito são aqueles que precisam
ser deslocados para realizar as medidas de atrito. Podem ser os decelerômetros
ou os equipamentos de medição contínua, tipo CFME. Como o próprio nome diz,
os equipamentos de medição do tipo CFME apresentam os resultados de atrito de
forma contínua, que podem ser dispostos graficamente, enquanto os
decelerômetros , sejam mecânicos ou eletrônicos, apresentam apenas resultados
pontuais.
Os CFME são geralmente montados em reboques tracionados por veículo
autônomo, e apresentam uma roda de teste equipada com pneumático macio, de
dureza padrão, posta à rodar livremente, sendo aplicada sobre a superfície do
pavimento com uma carga vertical conhecida. Um fluxo controlado de água vai
molhando a superfície de rolamento imediatamente à frente da roda de teste.
Quando uma roda é progressivamente freada, à partir de um movimento de
rotação livre até estar totalmente travada, a força de atrito à ela transmitida
depende do nível de escorregamento de sua interface, o pneu, com a superfície
de rolamento (a proporção entre a velocidade de escorregamento e a velocidade
de operação). Esta situação é perfeitamente ilustrada em uma curva típica de
atrito vs escorregamento, que mostra claramente que o atrito máximo ocorre para
percentuais de escorregamento da ordem 10 à 15%.
29
(colocar valores no eixo dos xx)
Curva de atrito x percentual de escorregamento
O atrito em pavimentos pode ser medido através de quatro diferentes princípios:
roda travada (100% de escorregamento), escorregamento constante
(normalmente entre 10 e 20% de escorregamento), escorregamento variável (de 0
à 100 de escorregamento) e ângulo constante de escorregamento (usualmente 20
graus). Esses equipamentos podem utilizar pneus ranhurados ou lisos. Observase que medidas obtidas com pneus ranhurados são de alguma forma insensíveis a
variações da macro-textura, sendo principalmente influenciadas pela micro-textura
superficial.
0,15 à 0,20
Pneus padrão utilizados em testes de atrito CFME
30
A medida contínua da força gerada pelo deslocamento longitudinal de uma roda
de teste , seguindo um dos princípios acima relacionados, permite calcular o valor
médio do atrito para cada seção contínua de 5, 10 ou 20m. O processamento dos
dados coletados é realizado através de programas de computador, os quais geram
gráficos que indicam a variação dos coeficientes medidos ao longo do trajeto do
equipamento.
Gráfico de Atrito - MuMeter
Equipamentos que utilizam o princípio da roda travada simulam condições de
freadas de emergência para veículos sem dispositivos anti-blocagem, arrastando
uma roda travada sobre um pavimento molhado com específica quantidade de
água. Quando o freio é aplicado a força é medida e feita uma média da mesma
durante um segundo após o travamento total da roda. Esses equipamentos
geralmente são montados com seus próprios sistemas de molhagem da pista,
capazes de produzir uma lâmina d’água de 1 mm (0.04 pol.) de espessura.
Equipamentos que utilizam o princípio da força lateral simulam a situação de um
veículo trafegando em uma curva. Funcionam mantendo uma roda de teste num
plano em ângulo com a direção do movimento (em inglês yaw angle), enquanto a
roda é conduzida em rotação livre. A força lateral é medida perpendicularmente ao
plano de rotação. A principal vantagem desse método é que pode medir o atrito
continuamente ao longo de um trecho. Como exemplos desse tipo de
31
equipamento tem-se o MuMeter e o SCRIM (Side-Force Coefficient Routine
Investigation Machine) ambos com origem no Reino Unido.
Esquema de funcionamento do MuMeter
MuMeter MK6 – Douglas Equipment Limited
32
Equipamentos que utilizam taxas de escorregamento fixo e variável simulam a
habilidade de um veículo frear usando sistemas de freio anti-bloqueio (ABS), com
dispositivos que detectam o nível máximo de atrito. Esse equipamentos operam a
roda de teste com velocidade angular inferior à que teriam se estivessem livre,
com taxa fixa, geralmente entre 10 e 20%, ou variável, dentro de uma faixa de
taxa de escorregamento definida em normas. Exemplos de equipamentos que
operam com taxa fixa de escorregamento são o GripTester e o SAAB Friction, e
exemplo com taxa variável o Norsemeter Road Analyser Recorder (ROAR).
33
Estão relacionados, a seguir, alguns dentre os equipamentos utilizados para medir
o atrito dinâmico, com seus princípios de medição:
Equipamentos de medida de atrito dinâmico
Nome
MuMeter
Skiddometer BV8
Skiddometer BV11
Griptester
Norsemeter Oscar
SCRIM
SCRIMTEX
Skid Resistance Tester
Pneu
Estampado
Ranhurado
Estampado
Liso
Liso
Liso
Liso
Estampado
Método
Força lateral (7.5º)
Escorregamento fixo (20%)
Escorregamento fixo (17%)
Escorregamento fixo (14.5%)
Escorregamento variável
Força lateral (20º)
Força lateral (20º)
Roda travada
As medições de atrito em pistas de aeroportos são geralmente realizadas com
equipamentos móveis do tipo CFME. A FAA recomenda que as administrações de
aeroportos onde operam aviões turbojato disponham ou tenham acesso a esses
equipamentos de avaliação periódica do atrito. O processo de qualificação para
CFME faz parte do Apêndice 1 da circular informativa FAA 150/5320-12C, como
resultado de um trabalho conduzido pela própria FAA, com a intenção de
correlacionar resultados obtidos pelos equipamentos CFME existentes no
mercado. Essa correlações, obtidas pela NASA em agosto de 1989, no Wallops
Fligth Facility (Virgínia/USA), entre os equipamentos MuMeter, Saab Friction
Tester, Skiddometer e Runway Friction Tester, fazem parte do Apêndice 2 do
relatório nº DOT/FAA/AS-90-1. Outros equipamentos foram posteriormente
incorporados ao estudo e os resultados das correlações constam da tabela 3-2
Friction Level Classification for Runway Pavement Surfaces, página 22 da referida
circular FAA. Observa-se que a tabela indica duas velocidades de teste. Conforme
o item 3-16 da circular, a velocidade de teste mais baixa (40mph / 65km/h) fornece
indicações quanto a condição do conjunto macrotextura/contaminantes/drenagem
da superfície do pavimento. A velocidade de teste mais alta (60mph / 95km/h)
fornece indicação da condição da microtextura. Um levantamento completo da
34
condição de atrito do pavimento deve incluir testes em ambas as velocidades. A
instrução IAC 4302, em seu item 3.1.2, estabelece a utilização unicamente da
velocidade mais baixa de 65 km/h para as medições dos coeficiente de atrito nas
pistas em nosso país.
A tabela da FAA fornece, para cada equipamento e velocidade de teste, valores
referenciais do coeficiente de atrito que indicam a condição de segurança do
pavimento em relação a esse item e a eventual necessidade de se programar
ações corretivas.
Outro item importante da circular é o 3-18, onde se recomenda, em certos casos,
a realização de testes de atrito sob chuva, cujos resultados poderão melhor indicar
o potencial de aquaplanagem do pavimento em locais específicos das pistas.
Os resultados das medições realizadas com equipamentos CFME devem ser
usados no controle da evolução do atrito superficial dos pavimentos e servir de
referência à programação de trabalhos corretivos quando necessários.
A qualidade dos dados obtidos depende fortemente da qualificação do pessoal
responsável pela operação do equipamento, que deve estar também devidamente
treinado para a condução desse tipo de medição. Essa qualificação exige
treinamento constante de atualização, pois a experiência demonstra que quando o
pessoal perde contato com o desenvolvimento do equipamento, sua correta
calibragem, manutenção e técnicas de operação, a qualidade dos resultados é
prejudicada. Em aeroportos onde testes de atrito são feitos com pouca frequência
é recomendável que empresas especializadas sejam contratadas para a prestação
desse serviço.
Valores de atrito medidos com pavimento molhado são os mais largamente
utilizados para a avaliação do estado do pavimento e como referência para ações
corretivas quando necessárias. A razão para se medir o atrito em superfícies
molhadas é que em superfícies secas o atrito é geralmente alto e não se constitui
em problema operacional. Esta situação muda quando o pavimento é molhado,
aumentando consideravelmente o risco de derrapagem.
Nos Estados Unidos da América, muitas agências rodoviárias executam
correntemente medidas de atrito através de equipamentos do tipo roda travada,
com os pneus padronizados lisos e ranhurados. Testes são tipicamente
conduzidos anualmente em trechos discretos de rodovias, devidamente
localizados, e seus dados fazem parte de um sistema de gerenciamento de
pavimentos ( em inglês Pavement Management System – PMS), e podem
determinar a época adequada de intervenção corretiva de atrito com propósito de
manter a segurança dos usuários.
35
4.3 Índice Internacionais de Atrito
Por muitos anos as comunidades rodoviária e aeronáutica internacionais se
ressentiram de uniformidade nas medições de atrito em rodovias e pistas de
aeroportos, sendo os valores de atrito disponíveis em cada país provenientes de
diferentes equipamentos e métodos de medida não comparáveis.
O Índice Internacional de Atrito (em inglês International Friction Index –IFI), para
utilização em pavimentos rodoviários, e o Índice Internacional de Atrito em Pistas
(em inglês International Runway Friction Index –IRFI), para pavimentos
aeroportuários, são parâmetros de medida de resistência à derrapagem que tem
como objetivo a harmonização dos resultados de atrito medidos através de
diferentes equipamentos, em superfícies molhadas e em condições climáticas
adversas, características do inverno.
A idéia de formulação desses índices teve como finalidade fornecer valores de
atrito universalmente compreendidos, principalmente pelos pilotos de aeronaves,
que passariam a dispor de valores comparáveis de atrito, independente do
aeroporto, país ou tipo de equipamento utilizado nas medições. Portanto, a busca
de maior segurança operacional, principalmente em condições adversas de tempo
como as apresentadas no inverno, conduziu à tentativa de harmonização e
normatização dessas medidas.
Do lado rodoviário coube à World Road Association promover os estudos e
experimentos internacionais no sentido de harmonizar essas medidas, e pode ser
estimado à partir de medidas da macro-textura e atrito, de acordo com a norma
ASTM E 1960, “Standard Practice for Calculating International Friction Index of a
Pavement Surface”. O IFI consiste de dois parâmetros: um que representa o
coeficiente de atrito de um pavimento molhado medido com equipamento tipo
CFME à velocidade de 60 km/h (F60), e outro chamado atrito de pavimento
molhado à velocidade constante (Sp), dado em km/h. Este último é estimado à
partir de um parâmetro medido da macro-textura superficial do pavimento
chamado MPD (sigla em inglês de Mean Profile Depth), com valores em mm,
medido através de equipamento à laser, que apresenta correspondência ao
parâmetro MTD (sigla em inglês de Mean Texture Depth) medido através do teste
de Mancha de Areia, com alto grau de correlação. O IFI é apresentado na forma
IFI(F60,Sp).
Do lado aeronáutico esse objetivo tem sido conduzido pela National Aeronautics
and Space Administration – NASA e Transport Canada – TC, com suporte da
Federal Aviation Administration – FAA, Canadian National Research Council –
CNC, Canadian Department of National Defense – DND, da francesa Societé
Technique des Bases Aeriennes – STBA e da Norwegian Civil Aviation
Administration – AVINOR, visando a redução do número de acidentes fatais em
80% em 10 anos e 90% em 25 anos. Esse programa em parceria, chamado de
“Joint Winter Runway Friction Program – JWRFP”, começou em 1996, com
previsão de durar 10 anos. Também participaram, disponibilizando aeronaves e
36
equipamentos de terra, organizações e fabricantes de equipamentos dos Estados
Unidos, França, Noruega, Escócia, Alemanha, República Theca, Japão e Reino
Unido. Uma variedade de aeronaves instrumentalizadas e equipamentos de
medição de atrito foram utilizados em aeroportos nos Estados Unidos, Canadá,
Noruega, Alemanha, República Tcheca e Japão. Os dados obtidos durante essas
investigações ajudaram a definir a metodologia para um Índice Internacional de
Atrito em Pistas, cuja sigla em inglês é IRFI, para harmonizar as medidas de atrito
obtidas de diferentes equipamentos de teste em terra.
O primeiro objetivo do programa foi avaliar os sistemas de medida utilizados em
diversos países. Esses equipamentos, que incluem sistemas de medida de atrito
por força lateral (velocidade de escorregamento igual a velocidade do veículo x
seno do ângulo da roda em relação à direção de seu deslocamento), taxa de
escorregamento fixa (velocidade de escorregamento igual a velocidade do veículo
x taxa de escorregamento) e roda travada (velocidade de escorregamento igual à
velocidade do veículo de teste), foram utilizados na avaliação de mais de três
dezenas de parâmetros de textura e também de atrito, em grande variedade de
tipos de pavimento e pistas de aeroportos, com características superficiais
bastante distintas. Os testes foram conduzidos em três diferentes velocidades e as
medidas de textura foram realizadas com equipamentos estacionários e móveis.
Para assegurar a harmonização das medidas desses equipamentos, o comitê
ASTM E17 elaborou a norma E2100, intitulada International Runway Friction Index
(IRFI), e um grupo de trabalho foi criado para especificar um teste de calibração
de referência que assegurasse dados consistentes e precisos para a elaboração
do IRFI.
O outro objetivo do programa foi relacionar precisamente as medidas
harmonizadas dos equipamentos de medição de atrito com a performance dos
sistemas de freio das aeronaves. Considerando que uma importante prioridade do
estudo era utilizar dados reais de aviões de passageiros para a obtenção dos
dados relativos à performance de frenagem, diversas aeronaves de teste foram
devidamente instrumentalizadas e disponibilizadas ao programa desde seu início,
em janeiro de 1996. Os dados gravados em equipamentos instalados em
aeronaves, chamados “Quick Access Recorder – QAR” , “Flight Data Recorder –
FDR” , ou dos próprios sistemas de gerenciamento dessas aeronaves, foram
coletados, analisados e calculados os valores de atrito nos seus sistemas de freio.
De acordo com o projeto dos testes, após o pouso das aeronaves selecionadas,
todas do tipo wide-body , dados locais de atrito medidos através de equipamentos
em terra, como Eletronic Recorder Decelerometer – ERD, International Reference
Vehicle – IRV e Ground Friction Measuring Device – GFMD, do aeroporto local,
eram usados para o cálculo do Índice Internacional de Atrito em Pistas, de acordo
com a norma ASTM E2100. O valor IRFI e o valor de atrito efetivamente medido
através do sistema de freio da aeronave eram comparados para avaliar o ajuste
entre eles.
37
Entre os anos de 1996 e 2003, 10 aeronaves e 47 diferentes equipamentos de
medição de atrito em terra registraram dados de atrito, num total de 442 vôos e
mais de 16.000 testes em terra, em aproximadamente 50 diferentes condições de
pista. Aproximadamente 60 organizações em 16 diferentes países participaram
desse programa com pessoal, equipamento, instalações e técnicas de trabalho.
O desafio atual é fazer com que esses índices sejam considerados e adotados
pelos organismos de governo responsáveis pelo controle da segurança
operacional de rodovias e pistas de aeroportos. Do lado aeronáutico, a ICAO e
organismos de diversos países já trabalham no sentido de que os resultados
desses estudos venham a fazer parte de seus documentos, tais como manuais,
circulares e publicações, e com isso seja reduzido o prazo de adoção dos mesmos
pelos operadores de aeroportos e de aeronaves. Caminho similar deverá ser
seguido pela comunidade rodoviária internacional.
4.4 Tempo de Fluxo (em inglês Outflow Time - OFT)
O tempo de fluxo é uma medida de textura estatisticamente relacionada, realizada
com o equipamento chamado Medidor de Fluxo (em inglês Outflow Meter). O
equipamento consiste de um cilindro vertical transparente que se apoia na
superfície do pavimento sobre um anel de borracha. Uma válvula no fundo do
cilindro é fechada e o cilindro é cheio de água. Quando a válvula é aberta é
medido o tempo, em segundos, necessário para que o escoamento de um volume
determinado de água consiga vazar entre a superfície irregular do pavimento e a
superfície plana do anel de borracha.
Medidor de Fluxo
38
Esse tempo de fluxo é fortemente correlacionado com o os índices MTD (medido
com o teste da Mancha de Areia) e o MPD (medido com equipamento a laser)
utilizados sobre superfícies não porosas. A correlação entre MTD e OFT, medido
pelo medidor de fluxo para superfícies não porosas no Wallops Flight Center
Facility / NASA, foi a seguinte:
( 1 )
_____
= 0.58 x (MTD) – 0.15
com R² = 0.99
(OFT)
sendo OFT em segundos e MTD em mm.
A utilização do medidor de fluxo como instrumento de medição da drenagem
superficial de pavimentos é regida pela norma ASTM E2380-05.
Menores tempos de fluxo indicam superfícies com maior macro-textura e mais
micro-textura exposta, resultando em maior atrito entre pneu e superfície de
rolamento, menor pressão da água sob o pneu e menor risco de aquaplanagem.
39
5- Aspectos Construtivos
5.1 Considerações Iniciais
As características dos veículos e as ações de seus condutores definirão a
magnitude da força de atrito requerida para concluir suas manobras com sucesso.
Se o atrito gerado for insuficiente, a aderência, assim como o controle sobre a
manobra intencionada, será perdida. Uma combinação adequada de macrotextura e micro-textura proporciona os níveis necessários de atrito.
5.2 Características básicas dos materiais de construção
5.2.1 Resistência ao polimento – o valor de resistência ao polimento de um
agregado é caracterizado através do seu PSV, sigla de “Polished Stone Value”.
Esse valor revela a tendência do agregado de perda de suas propriedades de
atrito contra derrapagem, usualmente referidas como sua micro-textura. Ou seja, é
um número que mostra a suscetibilidade do agregado ao polimento.
Os agregados usados nas camadas de superfícies asfálticas tipicamente
apresentarão resultados de 50 a 68, onde quanto mais alto este valor, maior a
resistência ao atrito ou à derrapagem.
(somente a figura da esquerda)
40
5.2.2 Índice AAV - Além das propriedades dos agregados de resistência à
derrapagem, ou micro-textura, é também importante conhecer a durabilidade de
tais propriedades. Isto geralmente é medido pelo valor de abrasão do agregado
(em inglês Aggregate Abrasion Value –AAV).
O AAV é uma medida da resistência do agregado ao desgaste de sua superfície
por abrasão seca. Agregados com baixo AAV terão rápido desgaste e isso
exercerá efeito significativo sobre a profundidade da textura da superfície da pista,
a macro-textura. O AAV é medido através da preparação de duas amostras, que
são pressionadas contra a superfície de um disco de aço giratório, num plano
horizontal, sob uma força de 0.365 newtons por centímetro quadrado. Areia
suprida por alimentadores é usada como abrasivo. Após 500 rotações do disco é
medida a quantidade de material desgastado, calculando-se a redução de peso do
agregado. A perda percentual de massa dos agregados é conhecida como Índice
de Abrasão (“Aggregate Abrasion Value”, AAV) e varia de 1, para seixos, até 16.
Agregados usados em camadas asfálticas superficiais apresentam valores típicos
de AAV entre 10 e 16, onde quanto mais baixo o valor, menor o desgaste
encontrado.
Observa-se que tanto o PSV quanto o AAV são importantes para a resistência à
derrapagem, mas um agregado com alto PSV não apresenta necessariamente um
bom AAV, e vice-versa.
5.2.3 Índice de Abrasão Los Angeles - O teste do Índice de Abrasão Los
Angeles (em inglês Los Angeles Abrasion Value Test - LAAV) mede o desgaste do
agregado face ao impacto de uma carga de 25 kg. Isto, contudo, não representa
adequadamente a abrasão sob tráfego de pneus como simulado no teste AAV,
sendo desta forma menos relevante para a avaliação da camada asfáltica
superficial.
5.3 Procedimentos construtivos
5.3.1 Fresagem Fina
Consiste no aumento da superfície específica da face de rolamento do pavimento,
através de processo de texturização, destinado a aumentar a sua macro-textura.
Macro-textura são irregularidades superficiais compreendidas entre 0,50 e 50 mm,
horizontalmente, e de 0,20 à 10 mm verticalmente.
O ranhuramento promovido pela fresagem fina ajuda a drenagem da lâmina
d’água superficial sob os pneus, procurando manter o contato seco entre pneu e
pavimento, mesmo que parcial, reduzindo a probabilidade de ocorrência de
aquaplanagem.
A fresagem fina é executada desbastando-se mecanicamente a superfície do
revestimento asfáltico através do movimento rotatório contínuo de um tambor
41
provido de ferramentas de corte. As ranhuras formadas tem aspecto ondulado
constante, de 8 mm de espaçamento e de profundidade.
A fresagem fina é uma solução econômica que evita a remoção ou recapagem do
pavimento desgastado ou polido, restaura os níveis de atrito necessários de forma
rápida, corrige eventuais desnivelamentos do pavimento, diminui o borrifo fino
d’água (“spray”) e a probabilidade de ocorrência de aquaplanagem.
Vale lembrar que a melhoria do nível de atrito por este processo resulta de sua
ação junto à macro-textura superficial, em razão de não alterar substancialmente a
sua micro-textura.
5.3.2 Estriamento (em inglês grooving)
O estriamento ou ranhuramento superficial de pavimentos rígidos e flexíveis é uma
técnica dirigida à redução do risco de aquaplanagem e aumento do atrito, este
especialmente quando o pavimento encontra-se molhado. Apesar de sua larga
aplicação, o estriamento de pistas com revestimento asfáltico está sujeito à
diversos problemas que limitam sua durabilidade (aceleração do processo de
oxidação superficial), e o desejado nível de funcionalidade (processo de obstrução
pelo emborrachamento).
Normalmente é executado com orientação transversal, podendo ser longitudinal
ou transverso. O tipo transverso é mais comum em aeroportos que em rodovias. O
tipo longitudinal é geralmente aplicado para redução de ruído e aumento do
controle direcional dos veículos. Diversos perfis de estriamento tem sido utilizados
incluindo o retangular, trapezoidal e arredondado. Orientações e normas para
projeto, construção e manutenção de estriamento em pistas de aeroportos fazem
parte do documento FAA-AC150/5320-12C. Essas orientações foram
desenvolvidas baseadas em resultados de extensos estudos sobre estriamento.
Para revestimentos asfálticos tipo CBUQ / HMA as dimensões de norma são ¼ “
(0.6 cm) de profundidade, ¼ “ (0.6 cm) de largura e 1 ½” (4 cm) de espaçamento
eixo a eixo.
Para melhor avaliar o processo de deterioração do estriamento, as pistas podem
ser vistas como divididas em quatro áreas: cabeceira, zona de toque, de frenagem
e de manobra. A área de cabeceira é onde a aeronave se posiciona para início da
decolagem e de aceleração dos motores. A zona de toque é a área de transição
entre vôo e pouso. As áreas de frenagem e de manobra incluem seções próximas
às saídas, interseções e pistas de taxiamento.
O estriamento nas zonas de toque e área de frenagem é o mais seriamente
danificado. Os danos incluem desgaste, fechamento e obstrução pela deposição
de borracha.
42
“Grooving” em processo inicial de contaminação por borracha
“Grooving” totalmente contaminado por borracha
Desalinho do estriamento geralmente ocorre nas cabeceiras, no início do processo
de aceleração das aeronaves, quando o pavimento é bastante solicitado
tangencialmente à sua superfície. Nas áreas de manobra observam-se os
menores danos, dos tipos desgaste e fechamento. Ademais, o tipo e grau de
43
deterioração observado em estriamentos dependem da locação do aeroporto.
Desalinho e fechamento das estrias são mais comuns em regiões de clima quente.
Por outro lado, quebras de bordo e desgaste são mais encontrados em regiões
frias.
Desalinhamento de “Grooving”
Os danos mais sérios causados aos estriamentos são desgaste, fechamento e
deposição de borracha. Desses, o desgaste e fechamento podem ser atribuídos
diretamente às características do ligante asfáltico e do agregado. Tanto o
desgaste, como o fechamento e o desalinho, são danos causados pelo
comportamento plástico do revestimento, e resultam no colapso do estriamento.
Esses danos são observados com grande frequência em revestimentos asfálticos
de pistas localizadas em regiões de clima quente e sujeitas a operação de
aeronaves de grande porte, principalmente em locais das pistas em que circulam
em baixa velocidade.
5.3.3 Micro revestimento asfáltico à frio
Em pavimentos asfálticos, o micro revestimento é utilizado para texturizar, selar,
preencher trilhas de roda e aumentar o coeficiente de atrito. Sobre pavimentos de
concreto, pode ser usado para texturizar e reduzir ruídos. Se bem projetado pode
durar de 6 à 9 anos, dependendo do local e das condições da aplicação, podendo
ser reciclado posteriormente.
O micro revestimento é uma técnica econômica de manutenção preventiva, para
rejuvenescimento da superfície de rolamento e para a proteção do pavimento.
44
Sendo um rápido e econômico tratamento superficial para pavimentos asfálticos e
de cimento portland, o micro revestimento provê ao pavimento uma superfície de
textura e coloração homogênea e com grande coeficiente de atrito.
Tem aplicação em rodovias de alto tráfego, vias urbanas e pistas de aeroportos
onde os pavimentos estejam estruturalmente adequados e os defeitos sejam de
ordem funcional, tais como desgaste, polimento, e consequentemente baixo
coeficiente de atrito superficial, sendo aplicado em espessuras que variam de 6 à
15 mm.
Este tipo de revestimento deve ser executado por equipes qualificadas e
equipamentos especialmente desenvolvidos para esse fim.
5.3.4 Camada porosa de atrito -CPA
A execução de camadas porosas em capas de rolamento asfáltico é uma técnica
que vem sendo difundida principalmente na Europa e Estados Unidos, onde é
usada desde 1950, com o objetivo de melhorar as condições de segurança de
tráfego em pistas de aeroportos e pavimentação rodoviária e urbana.
A camada porosa de atrito é um CBUQ feito com um elevado volume de vazios de
ar (20 –25%), em espessuras que variam de 25 à 40 mm, de modo a que a água
da chuva se infiltre na camada e percole através dela até sair pelas laterais da
superfície de rolamento. Com isso, garante um elevado coeficiente de atrito,
mesmo sob chuvas intensas. Sua textura mais elevada diminui o borrifo ou névoa
gerada pelo tráfego, com efeito positivo na segurança.
Sua aplicação exige superfícies em perfeitas condições e limpas para receberem a
pintura de ligação que garantirá a adequada aderência da camada porosa.
Um aspecto a ser destacado é que a camada porosa deve ser feita com asfalto
modificado por polímero, em vista da baixa resistência ao trincamento por fadiga
45
que o elevado teor de vazios provoca, e também à oxidação mais acelerada do
ligante, pela maior área superficial exposta aos raios solares, ao vapor d’água e ao
oxigênio do ar. Apesar da utilização de polímeros, a vida útil da uma camada
porosa é menor do que a de um pavimento convencional pelos aspectos citados.
Sua textura aberta aumenta o coeficiente de atrito da superfície do revestimento e
reduz os riscos de aquaplanagem, embora aumente a susceptibilidade do
revestimento à desagregação pela ação de forças tangenciais.
Sua aplicação é extremamente benéfica à segurança no caso de rodovias e pistas
de aeroportos, proporcionando considerável redução no número de acidentes.
Entretanto, principalmente no caso de pistas de aeroportos, sua durabilidade é
prejudicada devido à rápida colmatação dos poros por contaminantes,
principalmente borracha, que reduzem gradativamente suas funções drenantes.
Po esse motivo a FAA, através da AC Nº 150/5320-12C, no capítulo 2, item 2.6.b,
faz restrições à utilização de camada porosa em pistas onde operam aeronaves
de grande porte, com movimento acima de 91 pousos/dia por cabeceira.
CPA sem contaminantes
CPA contaminado por borracha
46
6- Manutenção do Atrito
6.1 Considerações iniciais
O termo atrito indica, muitas vezes, uma indesejável característica, mas em
rodovias e pistas de aeroportos o atrito é indispensável para a segurança
operacional dos veículos. As aeronaves , como os veículos rodoviários, devem
poder mobilizar o atrito dos pneus sobre os pavimentos tanto para a realização de
manobras direcionais como de redução de velocidade, sem a ocorrência de
derrapagem. O atrito é que fornece a resistência à derrapagem necessária.
Conforme definição do Highway Research Board, resistência à derrapagem é a
força desenvolvida quando o pneu é impedido de deslizar ao longo da superfície
do pavimento.
A derrapagem é um fenômeno complexo que envolve fatores como: habilidade do
condutor do veículo, características do veículo, características da superfície de
rolamento e condições ambientais.
Avaliações visuais das condições de um pavimento são importantes para a
verificação de problemas estruturais e de drenagem mas não são suficientes para
saber suas reais condições de atrito. Em razão disso são necessárias avaliações
periódicas do atrito nos pavimentos, o que normalmente é feito com equipamentos
de medição contínua do atrito (em inglês Continuous Friction Measurement
Equipment – CFME).
Para o controle funcional do atrito, a OACI considera que uma pista pode ser
dividida em três partes:
-
-
-
o primeiro terço, onde se situa a zona de toque, é o local onde as rodas são
colocadas em rotação. Nesta área a aeronave geralmente se encontra em
posição instável, procurando rapidamente estabelecer contato com o solo. A
imprecisão direcional e a ação variável do vento lateral fazem com que esta
zona de impacto se estenda efetivamente por todo este primeiro terço da pista;
o segundo terço corresponde à zona de frenagem mais intensa e é onde o
atrito longitudinal é mais solicitado. Nesta zona a aeronave utiliza de forma
decrescente os reversos, a fim de reduzir o barulho gerado, e a redução de
velocidade se obtém essencialmente pela ação dos freios.
O terceiro terço é habitualmente utilizado apenas para se alcançar as saídas
para as pistas auxiliares de taxiamento. Entretanto, certas situações de
emergência, como no caso de pane de motor na decolagem, exigem frenagem
intensa nesta área para que a aeronave não ultrapasse o final da pista. Se
observa, também, que quando a direção do vento se inverte esse terceiro terço
passa a primeiro, funcionando como zona de toque.
Destas considerações deduz-se que o nível do atrito e seu controle tem igual
importância ao longo de toda a pista, observando-se que a primeira parte é a que
sofre maior nível de degradação em função da deposição de borracha.
47
É de se destacar também que o controle do atrito deve começar desde a
colocação em serviço do novo revestimento, sendo essas primeiras medidas de
atrito tomadas como referência para o controle de manutenção.
Essa medida inicial de atrito apresenta um outro objetivo, considerando que
algumas vezes em revestimentos betuminosos novos a aderência se revela
insuficiente na condição molhado. Este fato se dá em função de que os
revestimentos utilizados em pistas aeroportuárias costumam ser mais ricos em
betume que os revestimentos rodoviários. Nestes casos é preciso remover uma
parte desse ligante dos agregados superficiais para o restabelecimento das macro
e micro-texturas superficiais exigidas. Essa operação se faz ou com jato d’água ou
com jateamento por impacto em alta velocidade (“shotblasting”).
6.2 Avaliações Periódicas da Resistência à Derrapagem com CFME
Com o passar do tempo a resistência à derrapagem de uma superfície de
rolamento se deteriora devido a uma série de fatores, os principais sendo o
desgaste mecânico do revestimento pela ação dos pneus e o acúmulo de agentes
contaminantes, principalmente borracha, na superfície dos pavimentos
aeroportuários. Nesses pavimentos, nas extremidades das pistas, chamadas
zonas de toque, a colocação em rotação das rodas do avião no momento de
contato com o solo, provoca esforços tangenciais breves mas intensos, com altas
temperaturas, que provocam a transferência de borracha dos pneus para a
superfície do pavimento. Essas áreas se tornam rapidamente bastante lisas e
sujeitas à derrapagens, principalmente quando molhadas. A perda de atrito,
principalmente nesses locais, deve ser continuamente monitorada de modo à
garantir os níveis mínimos de segurança.
Em rodovias, mesmo em países desenvolvidos, medidas de atrito normalmente
são realizadas apenas quando casos consecutivos de derrapagens são relatados
e, em alguns casos, imediatamente após a construção da rodovia.
Um país que está na vanguarda na monitoração do atrito em rodovias é o Reino
Unido, que possui uma frota de equipamentos SCRIM que vem medindo o atrito
na malha rodoviária há anos. Esses equipamentos são anualmente comparados e
calibrados e os dados medidos são guardados num banco de dados. Naquele país
o nível aceitável de atrito em rodovias varia com o tipo da estrada e do tráfego.
Valores altos de atrito, em torno de 0.55 medidos com SCRIM, são indicados para
cruzamentos e trechos de aproximação à balões ou rotatórias. Existem níveis de
atrito de referência, abaixo dos quais medidas corretivas devem ser tomadas.
Na Suécia, Noruega e Finlândia, a maioria das medidas de atrito durante o inverno
são feitas com carros de passeio equipados com freios ABS e instrumentos de
medida de desaceleração durante a frenagem. A medida da desaceleração do
veículo decorrente da forte aplicação do freio é um indicador do atrito disponível. A
vantagem desse método é que é relativamente simples e barato, podendo ser feito
48
diretamente pelo responsável pela manutenção dos trechos. É uma abordagem
prática do problema que aparentemente funciona bem mas que apresenta como
desvantagem o baixo nível de precisão, pois depende das condições e das
características de cada veículo.
No caso de pistas de aeroportos o efeito desses dois fatores é diretamente
dependente do volume e do tipo de tráfego de aeronaves. Outros fatores que
influenciam a taxa de deterioração dessa resistência são as condições climáticas
locais, o tipo de pavimentação (CBUQ ou CCP), os materiais usados na
construção do revestimento, eventuais tratamentos superficiais subseqüentes, e
as práticas de manutenção adotadas.
Os operadores de aeroportos que apresentam significativo tráfego de aeronaves à
jato devem agendar avaliações periódicas do atrito de suas pistas. Estas
avaliações devem ser executadas com equipamentos CFME, de medição contínua
do atrito. As pistas utilizadas por aeronaves à jato devem ser avaliadas pelo
menos uma vez a cada ano. Dependendo do volume e tipo (peso) do tráfego, as
avaliações podem ser necessárias com maior freqüência, com as pistas mais
submetidas a uso pesado sendo avaliadas à medida em que os sedimentos de
borracha vão se formando.
Testes de atrito em pistas de aeroportos onde operam aeronaves narrow body e
wide body são normalmente executados com oito passadas do equipamento de
medição em todo o comprimento da pista, quatro em cada lado da linha de centro,
um em cada direção, à 3 e 6 metros da linha central, local de passagem dos trens
de pouso dessas aeronaves, respectivamente. A lâmina d’água de teste é de 1
mm de espessura e a velocidade do equipamento de 65 km/h (40mph).
Cada teste de atrito fornece um gráfico de variação do coeficiente de atrito ao
longo da pista, que permite identificar os locais ou trechos que requerem
manutenção. Normalmente os gráficos indicam menores níveis de atrito nos
trechos localizados nas zonas de toque, próximos às cabeceiras, que estão mais
sujeitos à contaminação por borracha. Além das medidas pontuais, são
apresentados nos gráficos médias para cada subtrecho de 100 metros de
comprimento e para o comprimento total da pista.
As tabelas a seguir, retiradas da circular FAA-AC150/5320-12C, podem ser
usadas como diretriz para a programação das pesquisas de atrito e para remoção
de borracha nas pistas. Conforme a evolução dos coeficientes de atrito, é feito o
agendamento das medidas corretivas necessárias.
49
Frequência de Medições de Atrito
NÚMERO DE POUSOS DIÁRIOS DE
AERONAVES TURBO JATO POR
EXTREMIDADE DE PISTA
FREQÜÊNCIA MÍNIMA DE
PESQUISAS SOBRE
ATRITO
Menos que 15
16 a 30
31 a 90
91 a 150
151 a 210
Mais do que 210
1 Ano
6 meses
3 Meses
1 Mês
2 Semanas
1 Semana
As técnicas atualmente utilizadas na remoção de borracha da superfície dos
pavimentos podem ser de dois tipos: remoção através de jatos d’água de alta
pressão, acima de 750 kgf/cm² (10.667 psi), e jateamento da superfície com
granalha de aço. Essas duas técnicas aliam eficiência, não deterioração do
revestimento e respeito ao meio ambiente. Além disso, são técnicas que
apresentam alta produtividade, com mínima interferência na operação
aeroportuária, são executadas com equipamentos de grande mobilidade, que
podem ser removidos das pistas rapidamente em caso de emergência. Enfim, são
técnicas que apresentam grande flexibilidade de utilização e rendimento elevado,
potência de tratamento passível de calibragem a todo momento em função do
grau de emborrachamento e das condições do revestimento para evitar
desagregação. Essa operação tem como finalidade aumentar a rugosidade
superficial, cujo resultado será avaliado pela medida da profundidade média da
macro-textura superficial.
Quanto às operações de remoção de borracha, a FAA recomenda que sejam
feitas com a seguinte freqüência:
Frequência de Remoção de Depósitos de Borracha
NÚMERO DE POUSOS DIÁRIOS DE
AERONAVES TURBOJATO POR
EXTREMIDADE DE PISTA
Menos de 15
16 a 30
31 a 90
91 a 150
151 a 210
Mais do que 210
FREQÜÊNCIA SUGERIDA PARA REMOÇÃO
DE SEDIMENTOS DE BORRACHA
2 Anos
1 Ano
6 Meses
4 Meses
3 Meses
2 Meses
A tabela a seguir, também tomada da circular FAA-AC150/5320-12C, relaciona
equipamentos de diversos fabricantes admitidos para a execução de testes de
50
atrito, tipo CFME, e fornece indicações e providências a serem tomadas em
função dos resultados obtidos.
Classificação do Nível de Atrito para Superfícies de Pavimentos de Pistas de Aeroportos
40 mph
60 mph
Mínimo
Planejamento
de
Manutenção
Novo Projeto
/
Construção
Mu Meter
.42
.52
Medidor de Atrito de Pistas da
Dynatest Consulting Inc.,
Skiddometer
Airport Equipment Co.
Medidor de Atrito de Superfície
de Aeroportos
Griptester Medidor de Atrito
Findlay, Irvine Ltd.
Medidor de Atrito Tatra
.50
Norsemeter RNAR (operado a
um deslizamento fixo de 16%)
Equipamento
Mínimo
Planejamento
de
Manutenção
Novo Projeto/
Construção
.72
.26
.38
.66
.60
.82
.41
.54
.72
.50
.60
.82
.34
.47
.74
.50
.60
.82
.34
.47
.74
.48
.48
.57
.57
.76
.76
.42
.42
.52
.52
.67
.67
.45
.52
.69
.32
.42
.63
1 Milha = 1,60934398 Km
São recomendadas as seguintes avaliações e referências de manutenção, com
base nos resultados de atrito classificados na tabela acima. Essas recomendações
consideram que condições de atrito deficientes em curtas distâncias de pista não
geram problema de segurança para as aeronaves, mas que longos trechos
escorregadios não são permitidos e requerem ação imediata de correção. As
ações seguem o seguintes critérios:
a)Quando o nível médio de atrito em trecho de no máximo 152 m de comprimento
de superfície de pavimento molhado estiver menor que os apresentados na coluna
Planejamento de Manutenção mas acima dos da coluna Mínimo, e nos trechos
adjacentes anterior e posterior de igual comprimento forem iguais ou superiores
aos de Planejamento de Manutenção, nenhuma ação corretiva é necessária.
Essas leituras indicam que o atrito está se deteriorando mas a situação é ainda
aceitável.
b)Quando o nível médio de atrito em trecho maior que 305 m de comprimento de
superfície de pavimento molhado estiver abaixo dos relacionados na coluna
Planejamento de Manutenção, o operador do aeroporto deverá conduzir avaliação
precisa das causas da perda de atrito e providenciar as ações necessárias à sua
correção.
c)Quando o nível médio de atrito em trecho de no máximo 152 m de comprimento
de superfície de pavimento molhado estiver menor que os apresentados na coluna
51
Mínimo e nos trechos adjacentes anterior e posterior de igual comprimento forem
inferiores aos de Planejamento de Manutenção, o operador do aeroporto deverá
conduzir avaliação precisa das causas da perda de atrito e providenciar
imediatamente as ações necessárias à sua correção.
d)Para superfícies de pavimentos novos destinados à operação de turbojatos o
nível médio de atrito em trechos de 152 m de superfície de pavimento molhado
deverá ser igual ou superior ao apresentado na terceira coluna – Novo
Projeto/Construção.
6.3 Avaliação Periódica da Textura Superficial
Quando os valores médios de atrito medidos estiverem de acordo com os critérios
apresentados em a, b e c do item anterior, medidas da profundidade média da
macro-textura não são necessárias. Caso contrário e quando a causa do não
enquadramento não for óbvia, como por exemplo consequência de depósitos de
borracha, o operador do aeroporto deverá providenciar avaliações da
profundidade média da macro-textura superficial do pavimento.
A circular FAA-AC150/5320-12C recomenda as seguintes profundidades médias
de textura (ATD):
a. Pavimentações Novas:
A profundidade média de textura recomendada para a obtenção de uma
boa resistência à derrapagem, em pavimentos novos de concreto ou
asfalto, é de 0.045 polegadas (1,14 mm)
Valores mais baixos indicam deficiência na macro-textura, exigindo
correção, a medida em que a superfície se deteriorar.
b. Pavimentações Existentes:
(1) Quando a medida da profundidade média da macro-textura de uma zona
da pista (ou seja, zona de toque, meio e fim) cair para menos do que 0.045
polegadas (1,14 mm), o operador do aeroporto deverá realizar medições da
profundidade da textura a cada vez que uma pesquisa de atrito da pista for
executada.
(2) Quando a medida da profundidade média da macro-textura de uma zona
da pista ficar abaixo de 0.030 polegadas (0.76 mm), mas acima de 0,016
polegadas (0,40 mm), o operador do aeroporto deverá iniciar planos para a
correção dessa deficiência, dentro de um ano.
(3) Quando a medida da profundidade média da macro-textura de uma zona
da pista cair para menos do que 0.010 polegadas (0,25 mm), o operador do
aeroporto deverá corrigir a deficiência da textura da pavimentação dentro
dos próximos 2 meses.
52
6.4 Requisitos Mínimos de Atrito e de Textura Superficial
Com o passar do tempo e devido à própria utilização dos pavimentos, a tendência
natural é de degradação progressiva dos parâmetros que controlam o nível de
atrito em suas superfícies, quais sejam, redução das suas macro e micro-texturas.
Deve-se, portanto, fazer o acompanhamento evolutivo desses indicadores para
que sejam tomadas as medidas corretivas quando necessário.
Os requisitos de resistência a derrapagem para pistas de pouso e decolagem no
Brasil fazem parte da Instrução normativa IAC–4302. Neste documento está
definido que o valor médio do atrito, medido através de equipamento CFME em
trechos de 100 metros de extensão, não poderá ser inferior ao nível de
manutenção. Caso contrário, a administração aeroportuária deverá providenciar
imediatamente a emissão de NOTAM (Notice To AirMen), indicando pista
escorregadia em caso de pista molhada e a recuperação do nível de atrito acima
do nível de manutenção.
Igualmente, a profundidade média da macro-textura da superfície do pavimento
deverá ser continuamente monitorada, para que seu valor esteja sempre acima do
valor mínimo estabelecido.
A frequência com que os ensaios de medição de atrito devem ser realizados
decorre da experiência da administração aeroportuária, existindo, entretanto,
indicações constantes da Circular Informativa da FAA-AC150/5320-12 e Airport
Services Manual – Part 2, da ICAO, que servem como referência.
A DIRENG, no Brasil, subordinada ao Ministério da Defesa, também apresenta
tabela que sugere a frequência com que deve ser feita a avaliação da condição
superficial das pistas dos aeroportos internacionais brasileiros que, dependendo
do movimento de cada um, essas avaliações devem ser feitas a cada 6 meses, 1
ou 2 anos.
6.5 Ações Corretivas
Se o atrito funcional da superfície de rolamento for insuficiente, os órgãos
responsáveis pela segurança das vias e pistas deverão recorrer às técnicas
conhecidas de elevação do nível de atrito, seja pela remoção da borracha
depositada, seja pela alteração da rugosidade superficial.
No caso exclusivo de remoção de borracha, o serviço poderá ser executado com
as técnicas de jateamento d’água sob pressão e jateamento por impacto em alta
velocidade, com granalhas de aço, conhecida como “shotblasting”. Nos casos em
que seja necessária a alteração da textura superficial, poderão ser criadas
ranhuras ou ser aplicado o jateamento por impacto em alta velocidade.
Das técnicas acima mencionadas, cabe ressaltar que a de jateamento por impacto
em alta velocidade vem sendo empregada com bastante sucesso em diversos
53
países da Europa, Estados Unidos e Canadá, pela sua eficiência no processo de
texturização, pois atua nas macro e micro-texturas superficiais de forma
totalmente controlada, e também nos serviços de remoção de borracha.
6.5.1 Remoção de Borracha
As técnicas disponíveis para remoção da borracha depositada nas pistas
aeroportuárias, notadamente nas zonas de toque, são as seguintes:
-
Jateamento d’água sob alta pressão;
Jateamento d’água sob ultra alta pressão;
Remoção química;
Jateamento por impacto em alta velocidade (“shotblasting”)
Remoção mecânica
6.5.1.1 Jateamento d’água sob alta pressão
Através desse processo a borracha é removida por meio de um equipamento
rotativo, que se move lentamente ao longo da superfície a ser limpa, através do
qual a água é jateada com pressões que variam de 2.000 à 15.000 psi (137 à
1030 bar), com consumo de 30 galões (113 litros) de água por minuto. Há um
efeito hidráulico que faz com que a água realmente penetre na superfície,
efetivamente removendo os depósitos de borracha e com isso colaborando com
elevação do coeficiente de atrito da superfície do pavimento.
Os benefícios do uso desse equipamento são:
• A velocidade com que a borracha é removida, com produção da ordem de 900
m² por hora;
• O custo-benefício do processo;
• A melhoria do coeficiente de atrito do pavimento devido à penetração da água;
• A rápida liberação da pista em caso de emergência, embora com eventuais
resíduos soltos de borracha.
Um inconveniente desse processo é o consumo elevado de água. Por exemplo, a
remoção de borracha de uma área de 30 x 300 metros gasta aproximadamente
65.000 litros de água. Também, nessa faixa de pressão, quando se procura
trabalhar com no máximo 700 bar de modo a não danificar a superfície do
pavimento e diminuir sua textura superficial, o processo não é totalmente eficiente
para a remoção da borracha.
6.5.1.2 Jateamento d’água sob ultra alta pressão
O processo é basicamente o mesmo anterior, mudando a pressão da água para
valores em torno de 40.000 psi (2.750 bar) e redução do consumo d’água para
valor em torno de 8 galões (30 litros) de água por minuto. Neste processo há,
literalmente, um efeito de desbaste, que retira a borracha depositada e qualquer
outro contaminante que estiver no caminho, mas também executando um
54
polimento superficial. A operação repetida desse processo exige
do pavimento para restaurar o atrito aos níveis requeridos. Os
processo são similares aos já descritos no item anterior, com
d’água. O ponto negativo é o alto nível de desgaste produzido
pavimento.
a re-texturização
benefícios deste
menor consumo
na superfície do
6.5.1.3 Remoção química
Os produtos químicos destinados a esse serviço devem ser ambientalmente
seguros. O produto é finamente jateado sobre a superfície, que então é
firmemente escovada num prazo aproximado de 4 horas. O produto químico
quebra a estrutura da borracha polimerizada, transformando-a numa espécie de
gel, que então é removida com jatos d’água. Uma vez começado, a pista fica
interditada até que o mesmo seja concluído, pois o gel em questão funciona como
um sabão, bastante escorregadio. Adicionalmente, ocorre que esses produtos
químicos atacam as borrachas dos equipamentos utilizados na limpeza e a
deposição continuada dos dejetos desse processo nas laterais das pistas causam
problemas ambientais que demandam serviços adicionais. O custo desse
processo é bem mais oneroso que o de jateamento d’água sob pressão.
6.5.1.4 Remoção por impacto em alta velocidade ou “shotblasting”
Esse processo , cuja descrição mais detalhada poderá ser encontrada no item que
trata de texturização superficial de pavimentos, basicamente utiliza o lançamento
de granalhas de aço em alta velocidade sobre o pavimento, tendo como um de
seus resultados a remoção de borracha e outros contaminantes. O jato pode ser
ajustado para, além de remover a borracha, produzir a textura desejada para a
superfície do pavimento. É um processo ambientalmente limpo, visto que é
totalmente fechado. Basicamente, o processo funciona da seguinte maneira: a
granalha é lançada sobre o pavimento, aspirada juntamente com o material
removido da superfície, seguindo para um separador que recicla a granalha e
encaminha o resíduo para uma câmara de filtragem, que retém a sujeira para
posterior descarte, e devolvendo o ar limpo ao meio ambiente. Ressalte-se que a
razão primária para a utilização desse processo geralmente é a re-texturização
superficial. Esses equipamentos tem faixa de trabalho entre 50 e 200 cm de
largura, com produção de 250 à 2000 m² por hora. Os principais benefícios desse
processo são:
•
•
•
•
Pode remover borracha e re-texturizar a superfície do pavimento num único
serviço, com produção média de 900 m² por hora;
Os equipamentos são auto-propelidos e podem ser rapidamente removidos
das pistas em caso de emergência;
O equipamento limpa a superfície enquanto trabalha;
A re-texturização superficial, após a remoção da borracha, é decorrente da
remoção de uma fina camada superficial, da ordem de 1 à 2 mm.
55
4.3 Índice Internacionais de Atrito
Remoção de borracha por impacto em alta velocidade
56
Situação antes e após remoção de borracha por “shotblasting”
6.5.2 Texturização Superficial
A Circular Informativa FAA-AC150/5320-12C, na seção que trata dos métodos
utilizados para remoção de contaminantes, refere-se ao método de jateamento por
impacto em alta velocidade como método HVIM , sigla em inglês de High Velocity
Impact Method), também conhecido como “shotblasting” , utilizado não só para a
remoção de borracha de pavimentos mas também, e principalmente, como
procedimento utilizado no ajuste da desejada textura superficial do pavimento.
Nesse documento o método é descrito como segue:
“Este método baseia-se no arremesso de partículas abrasivas em direção à
superfície do pavimento em altíssima velocidade, removendo os contaminadores
da superfície por jateamento. Além disso, a máquina que executa essa operação
pode ser ajustada para produzir a macro-textura que for requerida. O abrasivo é
mecanicamente impelido a partir das pontas periféricas de lâminas radiais para
uma roda de alta velocidade, semelhante a um ventilador. Trata-se de uma
operação “limpa”, em termos ambientais, totalmente autônoma. Coleta as
partículas abrasivas, agentes contaminadores soltos e poeira da superfície da
pista, separa e remove agentes contaminadores e poeira do que é abrasivo e
recicla as partículas abrasivas para uso repetitivo. A máquina tem grande
mobilidade e pode ser rapidamente retirada da pista, caso seja requerido pelas
operações das aeronaves”.
Texturização por jateamento em alta velocidade – “shotblasting”
57
Na foto acima é possível observar a mudança drástica das micro e macro-texturas
superficiais do revestimento, como resultado da passagem do equipamento de
jateamento por impacto em alta velocidade. Em particular, na parte superior da
foto se observa o alto grau de polimento da superfície dos agregados e, na parte
inferior, a micro-textura resultante após o jateamento.
Na foto a seguir tem-se o equipamento de jateamento realizando serviço de
texturização em região próxima à cabeceira 11L da pista principal do Aeroporto
Internacional de Brasília.
Texturização da pista 11L/29R do Aeroporto Internacional de Brasília
58
7- Aspectos Relacionados à Segurança
A textura superficial tem papel importante na avaliação da segurança dos
pavimentos. Em rodovias e auto-estradas há mais de um milhão de mortes e 50
milhões de feridos anualmente ao redor do mundo, com mais de 50.000 mortes e
3 milhões de feridos somente nos Estados Unidos da América. Pesquisas indicam
que aproximadamente 14 % dos acidentes ocorrem em pavimentos molhados e 70
% destes poderiam ser evitados com a manutenção dos níveis adequados de
textura e atrito superficiais, com efeitos nas reduções de derrapagens,
aquaplanagens e da fraca visibilidade decorrente do borrifo e espalhamento
d’água pelos veículos, principalmente à noite. Atrito inadequado em pavimentos
secos também contribui para acidentes, especialmente em trechos contíguos às
intersecções rodoviárias.
Em pavimentos aeroportuários, o papel desempenhado pela textura superficial
também é extremamente relevante, principalmente em condições de pista
molhada, garantindo condições de dirigibilidade e frenagem adequadas em
pousos e decolagens.
A “Fligth Safety Foundation Approach-and-Landing Accident Reduction” – FSF
ALAR, constatou que pista molhada foi um dos fatores responsáveis por 11 sérios
acidentes ao redor do mundo, entre 1984 e 1997, na fase de aproximação e
pouso, envolvendo ultrapassagem de fim de pista.
Entre os fatores que afetam as distancias de pouso estão as condições
superficiais da pista, principalmente quando esta se caracteriza por baixos níveis
de atrito entre pneus e superfície de rolamento. A presença de contaminantes
como a água, reduzem o contato entre essas superfícies criando o risco de
aquaplanagem (parcial ou total perda de contato e atrito entre pneus e superfície
de rolamento). A aquaplanagem impede a rotação das rodas no momento do
pouso e deste modo os sensores de rotação destas não geram os sinais
necessários à outros sistemas da aeronave, como por exemplo os de ativação de
freios aerodinâmicos (“spoilers”) e reversos dos motores.
A redução do atrito em pistas molhadas faz com que as operações de pouso
exijam comprimentos de pista 30 à 40% maiores do que seriam necessários em
pista seca.
Inadequadas resistências à derrapagem conduzem à altas incidências de
acidentes. Portanto, os órgãos responsáveis pela construção e manutenção de
pavimentos urbanos, rodoviários e aeroportuários devem ter a obrigação de
garantir que esses pavimentos sejam seguros aos seus usuários. No caso do
atrito, é preciso que as superfícies apresentem texturas com os níveis adequados
de micro e macro-texturas.
59
A resistência à derrapagem se altera com o tempo. Tipicamente é incrementada
nos dois primeiros anos seguidos à construção, na medida em que a superfície
dos agregados vai sendo exposta pelo tráfego e depois decresce, na medida em
que a superfície vai sendo polida também pelo tráfego.
Uma forma de apressar o ganho de atrito em superfícies novas é a sua
texturização logo após o término da construção. No caso de pavimentos com
revestimento asfáltico, a texturização inicial pode ser usada para remover a fina
película de ligante que recobre a superfície dos agregados, que funciona como
lubrificante, e que demora algum tempo para ser removida naturalmente com o
tráfego. Esse é o caso de pistas de aeroportos, que devem apresentar níveis
adequados de atrito, principalmente quando molhados, desde a entrega à
operação.
60
8- Referências Bibliográficas
1. U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration. Advisory No
150/5320-12C, Medição, Construção e Manutenção de Superfícies Pavimentadas de
Aeroportos Resistentes à Derrapagem
2. U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration. Circular Informativa
150/5380-6A. Diretrizes e Procedimentos para Manutenção de Pavimentações de
Aeroportos
3. I.Torralba. Parceiros do Aeroporto de Lima. LAP-M&I-IT-2005-04: Relatório de
Manutenção de Pistas
4- Richard Jenman – Consultor
5- ASFT . Airport Surface Friction Tester. Friction Testing 1944-97
6- ESDU . Engineering Sciences Data Unit. Frictional and Retarding Forces on Aircraft
Tyres, Part 1, 1971
7- Gillespie, Thomas D. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale: SAE 1992
8- Kokkalis, A.G. Prediction of Skid Resistance Measurements. Proceedings of the
Institution of Civil Engineers Transport, 1998
9- Poncino, H. Adherencia Neumático – Pavimento. Conceptos Generales. Estado del
Conocimiento. Boletín de la Comisión Permanente del Asfalto, n. 94, Argentina, 2001
10-Carl-Gustaf Wallman- Henrik Äström – Friction measurement methods and correlation
between road friction and traffic safety.
11-CEAT – Technical Note nº 28 – “Performance of Grooved Bituminous Runway
Pavement”.
12-Transport Canada – Civil Aviation – Evaluation of Runway Pavement Skid Resistance
13-Dr. Zoltan Radó, Dr. James C. Wambold – “Correlation of Ground Friction
Measurements to Aircraft Braking Friction Calculated from Flight Data Recorders”
14-HQ AFCESA – Department of The Air Force/USA – Engineering Technical Letter (ETL)
04-10 (Change 1) –“Determining the Need for Runway Rubber Removal
15-James C. Wambold and Arild Andresen – “The Measurement and Theory of Tire
Friction on Contaminated Surfaces”
16-Thomas J. Yager – “Pavement Surface Properties”
61
9-Anexos
9.1Jateamento por Impacto em Alta Velocidade - Shotblasting
O processo básico de jateamento já existe há cerca de 100 anos, e sua utilização
com equipamentos móveis se deu no começo dos anos 80.
Este sistema é projetado para remover agentes contaminadores e imperfeições da
superfície dos revestimentos através de processo totalmente controlado, seguro e
ambientalmente correto. Não usa água, agentes químicos ou solventes, não emite
poluentes ou poeira para a atmosfera e o material removido pode ser totalmente
reciclado.
O jato de granalha de aço é alimentado por gravidade através de uma válvula de
controle, para um impulsor. O impulsor, em rotação, arremessa a granalha de aço
através de uma abertura ajustável, em alta velocidade e num ângulo específico
sobre a superfície por onde a máquina se desloca.
O jato de granalha de aço impacta a superfície, removendo material, sejam estes
agentes contaminadores ou partículas da superfície do revestimento, e todo este
material solto pelo jato é sugado pela máquina, pelo fluxo de ar criado pela
unidade de vácuo.
Escovas de vedação cercam o cabeçote de jateamento junto à superfície e o ar é
soprado através e sob as escovas desde a superfície, assegurando que
praticamente nenhum jato ou material do cabeçote de jateamento escape para a
atmosfera. O processo é cerca de 99% eficiente, e eventuais falhas ocorrem
quando a máquina passa sobre alguma protuberância ou superfície desigual e
algumas partículas do jato podem então escapar.
Os resíduos e a granalha são sugados para uma câmara de separação, em
seguida os resíduos são enviados para o coletor de poeira, onde a granalha é
separada magneticamente e, reciclada, volta para o cabeçote de jateamento.
62
A força ou grau de jateamento requerido é totalmente variável e pode ser ajustado.
O preciso controle do padrão de jateamento permite executar o grau de remoção
ou de texturização desejado.
Os ajustes da máquina são os seguintes:
•
•
•
•
•
•
•
Tipo de jato
Porte do jato
Ajuste da válvula de controle de emissão do jato
Velocidade do Impulsionador/ Rotor
Ajuste (fluxo de ar) do vácuo de coleta de poeira
Velocidade de avanço da máquina
Número e direção de passagens
O processo de jateamento apresenta significativos benefícios quando usado para
texturização da superfície de pavimentos. A macro-textura é corrigida, colocando-a
ao nível requerido para tornar-se efetiva na micro-drenagem superficial. A microtextura é reconduzida às características próximas às originais do agregado,
renovando-a em caso de pavimentos já desgastados, repondo o nível de atrito
exigido. Em pavimentos recém construídos, a texturização remove a película de
betume ainda não desgastada pelo tráfego, elevando o atrito do pavimento.
A agudeza do agregado é importante para que possa penetrar através de
eventual filme de água e conectar-se ao pneu.
O processo é seco, fechado e remove todos os resíduos da superfície, deixando-a
limpa e pronta para uso imediato ou para a aplicação de pinturas ou selantes.
No caso de interrupção do trabalho por motivos operacionais em trabalhos em
pistas de aeroportos, os equipamentos podem simplesmente deixar o local e a
pista poder ser usada de imediato.
Outros processos de texturização e remoção de borracha não apresentam a
mesma eficiência, além de exigirem o uso de água, solventes ou produtos
químicos.
63
9.2 Exemplos de aplicação do “shotblasting” em aeroportos em outros
países
Este processo vem sendo extensivamente usado em aeroportos internacionais do
mundo todo para os seguintes serviços:
•
•
•
Melhoria da Textura Superficial e da Resistência à Derrapagem
Remoção de Borracha
Remoção de Linhas e Marcas
A seguir, estão relacionados alguns dos principais aeroportos que fazem uso
desse sistema:
•
•
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•
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•
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•
•
•
•
Alicante
Bagdá
Barcelona EL Prat
Aeroporto de Beijing
Bordeaux
Bristol
Casablanca
Chongqing
CKS
College Station, Texas
Doncaster (Robin Hood)
Gatwick
Gibraltar
Hong Kong
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•
Istres
Las Palmas de G. Canária
Leeds Bradford
•
In Anemas
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•
•
•
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•
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•
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•
Lisboa
Lyon
Madri Barajas
Málaga
Internacional de Manchester
Marselha
Monastir
Montpellier
Nice
Orly, Paris
Palermo
Porto
Tai-pei
Tenerife Sur
Toulouse
Tozeur
Tunis Cathage
Vatry
64
9.3 Fotos de Serviços de Texturização em Pistas de Aeroportos
9.3.1Toulouse-Blagnac, França
Preparação da superfície da pista para os experimentos do novo Airbus A380,
utilizando-se a jateadora montada sobre caminhão para remover sedimentos de
borracha. Atingindo uma taxa de trabalho de 2.700 m2 por hora, o trabalho sobre a
pista de 3.500 metros foi concluído em apenas dois dias, a tempo para os vôos de
teste do novo Airbus A 380.
9.3.2 Aeroporto de Bagdá, Iraque
Remoção de borracha e melhoria da textura
65
9.3.3 Aeroporto de Lima, Peru
O programa de manutenção e infra-estrutura para 2005 incluiu a remoção da
borracha acumulada e a melhoria da resistência à derrapagem
A medição do coeficiente de atrito teve lugar antes do início dos trabalhos.
Acúmulos de borracha foram encontrados na pista em mais de 500 metros de
extensão. Sob condições de pista molhada, com nível de água de cerca de 1mm,
poderia ocorrer aquaplanagem na região de pouso. Além disto, a borracha
depositada na superfície cobriu as marcas de eixo da pista, diminuindo a
visibilidade para os pilotos em fase final de aproximação das aeronaves.
Uma pequena jateadora de granalha de aço foi usada. Os resultados
comprovaram a eficiência do método, com aumento do coeficiente de atrito na
área contaminada e em outras áreas deterioradas, com resultados bem melhores
do que com o jato de água de alta pressão anteriormente usado.
Este método deixa a superfície limpa e seca, eliminando totalmente o tempo de
secagem antes e depois da aplicação da pintura de sinalização ou
rejuvenescedores. Este não é o caso quando métodos químicos ou de jato de
água são usados para a remoção de borracha.
O sistema de jateamento em circuito fechado tem a vantagem de evitar a
contaminação da atmosfera e não apresentar nenhum risco para o operador e
para o ambiente.
Após a conclusão dos trabalhos a medição do coeficiente de atrito mostrou
elevação, em média, de 0.35 para 0.65 em uma área, e de 0.32 para 0.75 em uma
outra.
9.3.4 Aeroporto Internacional de Brasília, Brasil
Serviço de remoção de borracha e re-texturização para elevação de atrito na pista
11L/29R do Aeroporto Internacional de Brasília, nos 800 metros iniciais junto à
cabeceira 11L, visando o aumento do coeficiente de atrito no trecho considerado.
66
9.3.5 Aeroporto Internacional de Congonhas, Brasil
Serviço de remoção de borracha e re-texturização para elevação de atrito nos 500
metros iniciais e finais da pista principal do aeroporto de Congonhas, visando
aumento de atrito, realizado em novembro de 2006, em horário noturno, com a
finalidade de elevação do atrito até que a pista viesse a ser recapeada no primeiro
semestre de 2007.
Posicionamento do equipamento
Texturização em área não contaminada
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Remoção de borracha e re-texturização em área contaminada
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