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Notas de aulas de Pavimentação (parte 9)

Hélio Marcos Fernandes Viana

Tema:

Dimensionamento de pavimentos flexíveis

Conteúdo da parte 1

1 Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis rodoviários do DNER (atual

DNIT)

2 Principais características do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis

rodoviários da AASHTO (1993)

3 Dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeroportos

4 Introdução a geometria de pistas de aeroportos

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1 Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis rodoviários do DNER (atual DNIT) 1.1 Características principais do método do DNER (atual DNIT) As principais características do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis do DNER (atual DNIT) são: a) O tráfego é caracterizado por um número de equivalência do tráfego real, o qual é dado pelo valor de N (número solicitações no pavimento do eixo de 8,2 ton). b) Os materiais usados na construção das camadas do pavimento, subjacentes ao revestimento asfáltico são identificados quanto ao CBR, expansão, LL, LP, granulometria e ao equivalente de areia. 1.2 Condições que os materiais do subleito, reforço do subleito, subbase e base deverão atender, de acordo com método do DNER (atual DNIT) i) Parâmetros de projeto para solo do SUBLEITO O solo do SUBLEITO deverá apresentar: a) CBR ≥ 2%; b) Expansão ≤ 2% (medida no ensaio CBR com sobrecarga de 4,54 Kg). OBS(s). a) Caso o solo do subleito apresente CBR < 2, recomenda-se a substituição do solo do subleito numa espessura, de pelo menos, 1 m por um material com CBR ≥ 2%; e b) Caso o solo do subleito apresente expansão > 2%; Então, o solo deverá ser estabilizado com cimento Porland, cal, ou etc, para diminuir a expansão. ii) Parâmetros de projeto para o material empregado para camada de REFORÇO DO SUBLEITO O material do REFORÇO DO SUBLEITO deverá apresentar: a) CBR maior do que o CBR do solo do subleito; e b) Expansão ≤ 1% (medida com sobrecarga de 4,54 Kg). iii) Parâmetros de projeto para o material empregado para camada de SUBBASE O material da SUBBASE deverá apresentar: a) CBR ≥ 20%; b) Expansão ≤ 1% (medida com sobrecarga de 4,54 Kg); e c) Índice de grupo (IG) = 0.

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iv) Parâmetros de projeto para o material empregado para camada de BASE Os materiais destinados à construção de bases de pavimentos flexíveis devem apresentar: a) CBR ≥ 80% b) Expansão ≤ 0,5% (medida com sobrecarga de 4,5 Kg) c) Limite de liquidez ≤ 25% d) Limite de plasticidade ≤ 6% A Tabela 1.1 mostra as faixas granulométricas de materiais granulares, que podem ser utilizados para BASE (de acordo a DNER-ES 303/97). Tabela 1.1 - Faixas granulométricas de materiais para BASE

OBS(s). Para os materiais da Tabela 1.1, tem-se que: a) N é o número de solicitações do eixo de 8,2 toneladas sobre o pavimento; b) A fração de solo que passa na peneira número 40 deve apresentar LL < 25% e

IP 6%;

c) Materiais com LL 25% e/ou IP > 6% podem ser utilizados, desde que o equivalente de areia seja superior a 30% e seja satisfeitas as demais condições ao material de base; d) A porcentagem, em peso, de material que passa na peneira N.o 200 não deve ultrapassar a 2/3 da porcentagem, em peso, que passa na peneira N.o 40; e) O material retido na peneira N.o 10 deve apresentar uma abrasão Los Angeles

(LA) 55%; f) Podem ser empregados para base materiais, compactados na energia

intermediária ou modificada, e com CBR 60% e expansão 0,5%, desde que o valor de N de projeto seja menor ou igual a 106 solicitações; g) Para projetos com N > 106 solicitações deve-se utilizar a energia modificada de compactação; e h) Poderá ser aceito desgaste Los Angeles maior do que 55% para o material graúdo, desde que haja experiência com o uso do material.

Tipos Tolerância

Peneiras de projeto

2 in. (50,0 mm) 100 100 -- -- -- -- 7

1 in. (25,0 mm) -- 75-90 100 100 100 100 7

3/8 in. (9,38 mm) 30-65 40-75 50-85 60-100 -- -- 7

N.o

4 (4,75 mm) 25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 10-100 5

N.o

10 (2,00 mm) 15-40 20-45 25-50 40-70 40-100 55-100 5

N.o

40 (0,42 mm) 8-20 15-30 15-30 25-45 20-50 30-70 2

N.o

200 (0,075 mm) 2-8 5-15 5-15 10-25 6-20 8-28 2

% em peso passando

Para N > 5,0 106

Para N < 5,0 106

C D E FA B

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1.3 Dimensionamento do tráfego para projeto de pavimentos flexíveis pelo método do DNER (atual DNIT) 1.3.1 Introdução i) Conceito de eixo tandem

Eixo tandem são dois ou mais eixos consecutivos, distantes mais de 100 cm e menos de 240 cm um do outro, ligados por um único dispositivo desuspensão que distribui as cargas do veículo igualmente entre os eixos do conjunto tandem. ii) O número N e sua importância no dimensionamento de pavimentos O pavimento rodoviário é dimensionado em função de um número N, que é equivalente ao número de operações de um eixo 8,2 toneladas, que atuará sobre pavimento durante, ou ao logo do período de projeto do pavimento (P). O número N equivale ao tráfego que atuará sobre o pavimento durante, ou ao longo do período de projeto do pavimento (P). Considerando-se os veículos atuantes na estrada (ou local de projeto), a Figura 1.1 e a Tabela 1.2, a seguir, fornecem para eixos simples e para eixos em tandem (duplos e triplos), com diferentes cargas, os fatores de equivalência com eixo padrão de 8,2 toneladas (que é utilizado no projeto). Por meio dos fatores de equivalência, da Figura 1.1 ou da Tabela 1.2, as cargas dos eixos dos veículos atuantes na estrada, durante a fase de estudo do tráfego, são transformadas em solicitações equivalentes do eixo de 8,2 ton, para o cálculo de N (número equivalente de operações do eixo de 8,2 ton), que é utilizado no projeto do pavimento. Tabela 1.2 - Fatores de equivalência entre os eixos em tandem (triplo), com

diferentes cargas, e o eixo simples padrão de 8,2 ton.

6 0,04

8 0,08

10 0,15

12 0,29

14 0,58

16 0,92

18 1,50

20 2,47

22 4,00

24 6,11

26 9,88

28 14,82

30 20,80

32 33,00

34 46,80

36 70,00

38 80,00

40 130,00

Fator de

equivalência com o

eixo de 8,2 ton

Carga por eixo

tandem triplo

(ton)

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OBS(s). a) Pode-se observar na Figura 1.1 que a passada na pista de um eixo tandem de 8,2 ton equivale a 0,03 passada do eixo padrão de 8,2 ton; Portanto, é viável que os caminhões utilizem eixo tandem para solicitar mentos a pista; b) Em caso de valores intermediários na Tabela 1.2 utilize interpolação; e c) 1 ton = 1 tonelada = 1.000 kg.

Figura 1.1 - Fatores de equivalência entre eixos simples e em tandem (duplo),

com diferentes cargas, e o eixo simples padrão de 8,2 ton A Figura 1.2 ilustra uma pesagem automatizada de eixos de veículos comerciais com um equipamento móvel. A Figura 1.3 ilustra os tipos de veículos e os seus respectivos eixos considerados no projeto de pavimentos, onde: E = eixo; R = roda; S = simples; D = dupla; T = Triplo e T = tandem.

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Figura 1.2 - Pesagem automatizada de eixos de veículos comerciais

Figura 1.3 - Tipos de veículos e os seus respectivos eixos considerados no

projeto de pavimentos

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iii) Veículos que compõem o tráfego. O tráfego é composto por: a) Veículos de passageiros = carros de passeio; e b) Veículos comerciais = caminhões e ônibus. OBS. Do ponto de vista de dimensionamento de pavimentos os veículos comerciais tem efeito preponderante (ou principal). 1.3.2 Cálculo do número N i) O valor de N é calculado com base na eq. (1.1) (1.1) em que: N = número de solicitações do eixo de 8,2 ton, no período de projeto (P); Vt = volume total do tráfego em um sentido (veículos); FC = fator de carga; FE = fator de eixos; e FR = fator climático regional. iia) Cálculo do volume total do tráfego em progressão aritmética (Vt) Volume total de tráfego em um sentido durante, ou ao longo do período de projeto (P), para um crescimento do tráfego à taxa t(%) anual em progressão aritmética, será: (1.2) em que: Vt = volume total do tráfego em um sentido, durante o período P (veículos); P = período de projeto (anos); e Vm = VMD = volume médio diário de tráfego em um sentido, após o período P (veículos). Sendo que: O volume médio diário de tráfego em um sentido, após o período P, para um crescimento do tráfego à taxa t(%) anual em progressão aritmética, será: (1.3) em que: Vm = VMD = volume médio diário de tráfego em um sentido, após o período P (veículos); V1 = volume médio diário de tráfego em um sentido, no ano de abertura da rodovia (veículos);

FR.FC.FE.VtN

Vm.P365.Vt

2

)100/t).1P((2.1VVMDVm

-

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P = período de projeto (anos); e t = taxa de crescimento anual do tráfego (%). OBS. De acordo com Souza (1980), No Brasil tem sido utilizado para projeto de pavimentos o cálculo de crescimento do tráfego em progressão aritmética. Além disso, no Brasil, tem sido observadas taxas anuais de crescimento do tráfego que variam de 8% a 18%. iib) Cálculo do volume total do tráfego em progressão geométrica (Vt) Volume total do tráfego em um sentido durante, ou ao longo do período de projeto (P), para um crescimento do tráfego à taxa t(%) anual em progressão geométrica, será: (1.4) em que: Vt = volume total do tráfego em um sentido, durante período P (veículos); V1 = volume médio diário de tráfego em um sentido, no ano de abertura da rodovia (veículos); P = período de projeto (anos); e t = taxa de crescimento anual do tráfego (%). OBS. O volume médio diário em um sentido, no ano de abertura da rodovia é determinado através da contagem dos veículos no local de projeto. iii) Considerações sobre FE e FC FE ou fator eixos é o valor, que multiplicado pelo número de veículos comerciais que circulam na rodovia fornece o número total de eixos atuantes na rodovia. FC ou fator de carga pode ser compreendido como o valor que representa, sob ponto de vista destrutivo, o número equivalente de passadas de um eixo padrão (8,2 ton) em relação ao eixo em análise. O Eng.o Murillo Lopes de Souza sugere que, na ausência de dados de tráfego, se adote FC = 1,70 e FE = 2,07. FE e FC são calculados pela Engenharia de Tráfego e envolve pesagem dos veículos. Detalhes sobre o cálculo de FE e FC consultar Souza (1980).

t/100

1(t/100))(1365.V1.=Vt

P

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iv) Valores típicos de N para vias urbanas Valores típicos de N para pavimentos urbanos são propostos por Barros e Preussler (1985) apud Nogami e Villibor (1995) para diversos tipos de vias urbanas e tráfegos previstos. A Tabela 1.3 ilustra os valores típicos de N, com base na função predominante da via, e conforme o volume médio diário de veículos definido para veículos leves e pesados. OBS(s). a) Na Tabela 1.3, tem-se que VMD = volume médio diário de tráfego em um sentido; b) Em seguida, serão dadas as características principais das vias consideradas na Tabela 1.3; e c) Detalhes para determinação do volume médio diário (VMD) de uma rodovia são dados por Costa e Figueiredo (2001). Tabela 1.3 - Valores típicos de N, com base na função predominante da via, e

conforme o volume médio diário (VDM) de veículos definido para veículos leves e pesados (Barros e Preussler 1985, apud Nogami e Villibor 1995)

Notas relacionadas à Tabela 1.3 a) Quando os volumes médios diários (VMD) de veículos leves e pesados (caminhões e ônibus) caem em classes diferentes, prevalece o tráfego pesado. b) Se houver diferença, maior que duas classes de vias, entre os VMD de veículos leves e pesados, deverá ser feito um estudo especial para determinação do número N. c) Se o tráfego pesado na faixa mais carregada (de ônibus e caminhões) exceder a 2.000 veículos/dia, deverá ser feito um estudo especial levando-se em conta as cargas por eixo.

V - 1 Via local residencial

sem passagemMuito leve VMD < 100 VMD < 3 10

4

V - 2Via local com

passagemLeve 100 a 400 4 a 20 10

5

V - 3 Via coletora Médio 401 a 1.500 21 a 100 106

V - 4 Via coletora principal Meio pesado 1.501 a 5.000 101 a 300 107

V - 5 Via arterial Pesado 5.001 a 10.000 301 a 1.000 5 x 107

V - 6Via arterial principal

ou via expressaMuito pesado VMD > 10.000 1.001 a 2.000 10

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Caminhões e

ônibus

VMD na faixa mais carregadaValor do N

(típico)

Tipo de

viaFunção predominante Tráfego previsto

Veículos leves

10

d) A taxa de crescimento do tráfego adotada para Tabela 3.1 é de 3% ao ano, para veículos leves, 5% ao ano para veículos pesados (caminhões e ônibus). e) A “vida de projeto adotada” para os tipos de via da Tabela 1.3 é de: 8 anos para a via da classe V-1; 10 anos para as vias das classes V-2, V-3, V-4 e V-5; e 12 anos para a via da classe V-6. OBS. O VMD (volume médio diário) da tabela é o atual, mas o valor de N corresponde ao tráfego futuro, que teve crescimento. f) Se a “ vida de projeto” desejada, ou as taxas de crescimento previstas forem muito diferentes das apresentadas, deverá ser feito um estudo especial para cálculo do valor de N. Tipos de vias consideradas na Tabela 1.3, e suas características a) Via local: => Fornece acesso às propriedades locais (ex. casas e prédios); => Não devem atender ao tráfego de passagem, ou seja, o tráfego na via é predominantemente dos moradores onde a via passa; e => Apresenta interseções sem semáforos. b) Via coletora: => Fornece acesso do trânsito dos bairros às vias arteriais; e => Possibilita o tráfego de passagem, ou seja, possibilita o tráfego na via de não moradores da região onde a via passa. c) Via arterial: => Possuem interseções geralmente com semáforos; => Possibilita o trânsito entre as regiões da cidade, ou seja, possibilita a ligação entre os bairros e entre as regiões da cidade (Ex: via de ligação norte-sul da cidade, etc.); => Suportam altos volumes de tráfego. c1) Via arteriais primarias e secundárias, ou vias expressas: => Nelas predominam a função mobilidade do tráfego, ou seja, são vias destinadas a escoar o tráfego oriundo de diversas regiões ou diversos bairros; e => Possuem um tráfego um pouco menor do que a via arterial principal. c2) Via arterial principal ou Freeway: => Servem apenas para tráfego de passagem, ou seja, há predominância de tráfego que se destina a outras regiões ou cidades, e não aos moradores de casas e prédios por onde a via passa; e => Não permite acesso às propriedades locais.

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v) Fator climático regional (FR) O fator climático regional (FR) serve para levar em conta as variações de umidade dos materiais entre as diversas estações do ano (o que se traduz em variações da capacidade suporte dos materiais). Tem-se adotado um FR = 1, face aos resultados de pesquisas desenvolvidas pelo IPR/DNER. OBS(s). a) IPR = Instituto de Pesquisas Rodoviárias; b) DNER = Departamento Nacional de Estradas de Rodagem; e c) No caso de pavimentos flexíveis deve-se garantir que o nível do lençol freático (ou de água) fique a, pelo menos, 1,50 m abaixo do greide (ou perfil) da estrada (ou do perfil longitudinal da estrada). 1.4 Coeficiente de equivalência estrutural (K) No projeto de pavimentos flexíveis são utilizados os coeficientes de equivalência estrutural, que variam conforme o tipo de material utilizado no projeto do pavimento flexível. A Tabela 4.1 mostra os valores dos coeficientes estruturais para vários tipos de materiais utilizados em projetos de pavimentos flexíveis. Os solos, que geralmente são utilizados na construção de bases e subbases de pavimentos correspondem ao coeficiente estrutural igual a 1, ou seja, na Tabela 4.1 os solos correspondem ao coeficiente estrutural das camadas granulares. Tabela 1.4 - Coeficientes de equivalência estrutural usados no

dimensionamento das camadas do pavimento

Componentes do pavimento Coeficiente K

Base ou revestimento de concreto betuminoso (ou

asfáltico)2,00

Base ou revestimento de pré-misturado a quente de

graduação densa1,70

Base ou revestimento de pré-misturado a frio de

graduação densa1,40

Base ou revestimento betuminoso por penetração

direta ou invertida (tratamentos superficiais)1,20

Camadas granulares 1,00

Solo cimento com resistência à compressão a 7

dias superior a 45 kg/cm2 1,70

Solo cimento com resistência à compressão a 7

entre 45 e 28 kg/cm2 1,40

Solo cimento com resistência à compressão a 7

entre 28 e 21 kg/cm2 1,20

Bases de Solo-Cal 1,20

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Os coeficientes de equivalência estrutural são designados por: KR = coef. estrutural do revestimento; KB = coef. estrutural da base; KS = coef. estrutural da subbase; e KREF = coef. estrutural do reforço do subleito. 1.5 Espessuras mínimas da camada de revestimento betuminoso (ou asfáltico) a) Espessuras mínimas recomendadas pelo DNER A Tabela 1.5 apresenta as espessuras mínimas em função de N, que são recomendadas pelo DNER, para camada de revestimento betuminoso. b) Espessuras mínimas sugeridas por Lima et al. (1985) A Tabela 1.6 apresenta as espessuras mínimas da camada asfáltica em função de N, que são sugeridas por Lima et al. (1985), para camadas com concreto betuminoso ou asfáltico (KR = 2). Tabela 1.5 - Espessuras mínimas da camada de revestimento asfáltico em

função de N (recomendadas pelo DNER)

OBS(s). a) O método do DER-MG permite utilizar a espessura de 2,5 cm de tratamento superficial betuminoso (ou asfáltico), até quando N < 5x106; e b) No caso da utilização de tratamentos superficiais, as bases granulares devem possuir alguma coesão, pelo menos aparente.

N Espessura Mínima do Revestimento Betuminoso ou Asfáltico

N 106 Utilizar tratamentos superficias betuminosos. De acordo ao DER-

MG, pode-se utilizar 2,5 cm de tratamento superficial betuminoso.

106 < N 5x10

6 Utilizar revestimentos betuminosos com 5,0 cm

5x106 < N 10

7 Concreto asfáltico usinado a quente com 7,5 cm

107 < N 5x10

7 Concreto asfáltico usinado a quente com 10,0 cm

N > 5x107 Concreto asfáltico usinado a quente com 12,5 cm

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Tabela 1.6 - Espessura mínima (R) da camada de revestimento asfáltico em função de N (Lima et al. 1985)

De acordo com Lima et al (1985), a Tabela 1.6 pode ser usada para obtenção da espessura mínima de outros materiais betuminosos, desde que o valor de R tabelado seja multiplicado por 2/KR (onde KR é o coeficiente estrutural do revestimento a ser usado). Por exemplo: Se for adotado tratamento superficial, que é uma mistura por penetração, o valor de KR do tratamento superficial é 1,2; Então, para N < 106 a espessura do tratamento superficial (ETS) será: 1.6 Dimensionamento das espessuras das camadas subjacentes ao revestimento betuminoso (ou asfáltico) 1.6.1 Gráfico usado no dimensionamento Para o dimensionamento das camadas subjacentes à camada de material betuminoso (ou asfáltico) é utilizado um gráfico. A característica principal do gráfico de dimensionamento é que o gráfico fornece espessura total do pavimento em função do CBR (do material que está abaixo do pavimento), e do valor de N. A Figura 1.4 apresenta o gráfico utilizado para o dimensionamento das camadas do pavimento subjacentes ao revestimento betuminoso (ou asfáltico). Observações quanto ao uso do gráfico de dimensionamento (Figura 1.4) a) A espessura do pavimento fornecida por este gráfico é em termos de material com coeficiente estrutural (K) igual a 1, isto é, materiais granulares. b) Supõe-se que há uma drenagem superficial adequada, e que o lençol de água subterrânea foi rebaixado há, pelo menos, 1,50 m em relação ao greide de regularização (ou camada de regularização do subleito). c) No caso de ocorrência de materiais com CBR < 2%, deve-se substituir o material por outro que apresente CBR ≥ 2%, na espessura de, pelo menos, 1 m. d) A espessura mínima para compactação de material granular é de 10 cm. e) A espessura máxima para compactação de material granular é de 20 cm. f) A espessura total mínima para as camadas, quando utilizadas, é de 15 cm.

N R (CAUQ)

N < 106 5 cm

106 < N ≤ 10

7 7,5 cm

N > 107 10 cm

cm5,85.2,1

2R.

K

2E

R

TS

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g) Se os materiais usados no dimensionamento apresentarem CBR > 20%, para fins de dimensionamento com gráfico, o CBR destes materiais será adotado como sendo igual a 20%.

Figura 1.4 - Gráfico utilizado para o dimensionamento das camadas do

pavimento (subjacentes à camada de material betuminoso ) 1.6.2 Equações utilizadas para o dimensionamento das espessuras das camadas do pavimento flexível rodoviário A Figura 1.5, a seguir, apresenta um croqui (ou esquema) comumente empregado para o dimensionamento das camadas de pavimentos flexíveis rodoviários.

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Figura 1.5 - Croqui (ou esquema) comumente empregado para o

dimensionamento de pavimentos flexíveis rodoviários Considerando-se o croqui anterior, as equações para o dimensionamento do pavimento flexível são: R.KR + B.KB ≥ H20 (1.6) R.KR + B.KB + h20.KS ≥ Hn (1.7) R.KR + B.KB + h20.KS + hn.KREF ≥ Hm (1.8) em que: Hm = espessura total do pavimento necessária para proteger o subleito (cm); Hn = espessura total do pavimento necessária para proteger o reforço do subleito (cm); H20 = espessura total do pavimento necessária para proteger a subbase (cm); R = espessura do revestimento (cm); B = espessura da base (cm); h20 = espessura da subbase (cm); hn = espessura do reforço do subleito (cm); e KR, KB, KS e KREF = respectivamente, são os coeficientes estruturais do revestimento, da base, da subbase e do reforço do subleito.

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1.6.3 Roteiro de cálculo a) Cálculo da espessura da BASE (B) i) Determina-se KR, KB, e R (pelas tabelas anteriores); ii) Determina-se H20, a partir do CBR da subbase, do valor de N e do gráfico da Figura 1.4. iii) Calcula-se a espessura da Base (B) pela eq. (1.6). R.KR + B.KB ≥ H20 (1.6) b) Cálculo da espessura da SUBBASE (h20) i) Determina-se KS pela Tabela 1.4. ii) Determina-se Hn, a partir do CBR do reforço do subleito, do valor de N e do gráfico da Figura 1.4. iii) Calcula-se a espessura da subbase (h20) pela eq.(1.7). R.KR + B.KB + h20.KS ≥ Hn (1.7) c) Cálculo da espessura do REFORÇO DO SUBLEITO (hn) i) Determina-se KREF pela Tabela 1.4. ii) Determina-se Hm, a partir do CBR do subleito, do valor de N e do gráfico da Figura 1.4. iii) Calcula-se a espessura do reforço do subleito (hn) pela eq (1.8). R.KR + B.KB + h20.KS + hn.KREF ≥ Hm (1.8) 1.7 Aspectos relacionados ao dimensionamento dos acostamentos O tráfego considerado para os acostamentos é 1% do tráfego na pista de rolamento. O revestimento dos acostamentos pode ser sempre de categoria inferior ao da pista de rolamento. Pode-se adotar para os acostamentos a mesma estrutura da base, subbase e reforço do subleito da pista de rolamento. Se o custo da base é elevado, pode-se adotar para os acostamentos materiais próprios da subbase granular desde que sejam de excepcional qualidade.

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1.8 Compactação das camadas no campo O subleito e as diferentes camadas do pavimento devem ser compactadas com um grau de compactação igual ou superior a 100% (GC ≥ 100%). O grau de compactação é dado pela eq. (1.9). (1.9) em que: GC = grau de compactação (%);

d = peso específico seco da camada compactada (g/cm3); e

dmáx = peso específico seco máximo obtido no laboratório (g/cm3). 2 Principais características do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis rodoviários da AASHTO (1993) As principais características do método de dimensionamento de pavimentos flexíveis da AASHTO (1993) são as que se seguem: O método utiliza coeficientes de equivalência estrutural para os materiais. O método depende do módulo de resiliência do subleito. O método utiliza o valor de N. O método considera um critério de confiabilidade do projeto que varia de 50% a 99,9%. O método utiliza o coeficiente de drenagem relacionado às características drenantes dos materiais. O método é fundamentado na serventia e desempenho do pavimento. OBS(s). a) A serventia é uma medida da capacidade do pavimento em cumprir suas funções (conforto, segurança, etc.); e b) O desempenho é a medida histórica da serventia ao logo do tempo. 3 Dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeroportos 3.1 Materiais de construção de pavimentos para pista de aeroportos 3.1.1 O subleito do pavimento para pista de aeroportos Com base nos ábacos de dimensionamentos de pavimento do método da Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D (7/7/95), e do método de dimensionamento pelo CBR citado por HORONJEFF(1966), o CBR do subleito do pavimento de pistas de aeroportos deverá ser maior ou igual que 3%.

100.GCdmáx

d

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De acordo com HORONJEFF(1966), para evitar defeitos no pavimento da pista do aeroporto, tais como as deformações permanentes no pavimento resultantes da aplicação de cargas repetidas, é necessário uma compactação do subleito e das camadas consecutivas sobre o subleito. A Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D (7/7/95) recomenda uma profundidade mínima de compactação dos solos do subleito, a qual é contada a partir da superfície do subleito. A Tabela 3.1 mostra a profundidade mínima de compactação do solo do subleito, a qual é recomendada pela Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D (7/7/95), com base: a) No peso bruto da aeronave que operará sobre o pavimento; b) No tipo de solo, que pode ser coesivo ou não coesivo; e c) No grau de compactação na Energia Modificada de Proctor (U.S. Corps of Engineers apud HORONJEFF, 1966). OBS(s). a) De acordo com o corpo de Engenheiros o subleito de pavimentos de aeroportos deve ser compactado na Energia Modificada de Proctor; e b) O corpo de Engenheiros, em questão, é o U.S. Corps of Engineers (apud HORONJEFF, 1966). Tabela 3.1 - Exigências, em termos de espessura e grau de compactação, para

compactação de solos considerados de subleito de pavimentos flexíveis de pista de aeroportos, a partir da superfície do subleito natural (FAA - AC/150/5320-6D - 7/7/95)

100 95 90 85 95 90 85 80

30.000 0 a 8 8 a 18 18 a 32 32 a 44 0 a 6 6 a 9 9 a 12 12 a 17

50.000 0 a 10 10 a 24 24 a 36 36 a 48 0 a 6 6 a 9 9 a 16 16 a 20

75.000 0 a 12 12 a 30 30 a 40 40 a 52 0 a 6 6 a 12 12 a 19 19 a 25

50.000 0 a 12 12 a 28 28 a 38 38 a 50 0 a 6 6 a 10 10 a 17 17 a 22

100.000 0 a 17 17 a 30 30 a 42 42 a 55 0 a 6 6 a 12 12 a 19 19 a 25

150.000 0 a 19 19 a 32 32 a 46 46 a 60 0 a 7 7 a 14 14 a 21 21 a 28

200.000 0 a 21 21 a 37 37 a 53 53 a 69 0 a 9 9 a 16 16 a 24 24 a 32

100.000 0 a 14 14 a 26 26 a 38 38 a 49 0 a 6 6 a 10 10 a 17 17 a 22

200.000 0 a 17 17 a 30 30 a 43 43 a 56 0 a 6 6 a 12 12 a 18 18 a 26

300.000 0 a 20 20 a 34 34 a 48 48 a 63 0 a 7 7 a 14 14 a 22 22 a 29

400.000 0 a 23 23 a 41 41 a 59 59 a 76 0 a 9 9 a 18 18 a 27 27 a 36

400.000 0 a 21 21 a 36 36 a 55 55 a 70 0 a 8 8 a 15 15 a 20 20 a 28

600.000 0 a 23 23 a 41 41 a 59 59 a 76 0 a 9 9 a 18 18 a 27 27 a 36

800.000 0 a 23 23 a 41 41 a 59 59 a 76 0 a 9 9 a 18 18 a 27 27 a 36

747; DC-10; e

L-1011

Em que: Peso bruto da aeronave é o Peso Máximo de Decolagem da Aeronave (ou Gross

Aircraft Weight) em libras.

Solos não coesivos Solos coesivos

Duplo tandem

(inclui 757;

767 e A-300)

Profundidade compactada, em polegadas (in), na energia

modificada, a partir da superfície do subleito

Grau de compactação (%) Grau de compactação (%)

Duplo (ou

roda dupla)

(Inclui C-130)

Peso

bruto da

aeronave

(lb)

Aeronave e/ou

trem de pouso

(típica)

Simples (ou

roda simples)

19

OBS. Notas relacionas a Tabela 3.1: a) Solos não coesivos são solos com Índice de Plasticidade (IP) menor que 6; b) No caso de aeronaves com peso bruto intermediários aos mostrados na Tabela 3.1 use uma interpolação linear para encontrar a profundidade de compactação a partir da superfície do subleito; c) 1 in = 2,54 cm; d) 1 lb = 1 libra = 0,454 kg; e e) De acordo com Delate (2008), o desvio de umidade em torno do teor ótimo, que é aceitável nos projetos é de ± 2% em torno do teor de umidade ótimo. Exemplo de utilização da Tabela 3.1. No caso de uma aeronave Boeing 747 de 800.000 libras, e solo do subleito coesivo, a compactação do subleito, com base na Tabela 3.1, se dará do seguinte modo: a) De 36 in a 27 in de profundidade, a contar da superfície final do subleito, o solo será compactado com grau de compactação de 80% do Proctor modificado; b) De 27 in a 18 in de profundidade, a contar da superfície final do subleito, o solo será compactado com grau de compactação de 85% do Proctor modificado; c) De 18 in a 9 in de profundidade, a contar da superfície final do subleito, o solo será compactado com grau de compactação de 90% do Proctor modificado; e d) De 9 in a 0 in de profundidade a contar da superfície final do subleito, o solo será compactado com grau de compactação de 95% do Proctor modificado. Para a Federal Aviation Administration (FAA), o solo do subleito de pavimento para pista de aeroporto deve apresentar expansão menor que 3%, medida em ensaio CBR. No caso de solos de subleito de pavimentos para pistas de aeroportos, que apresentem uma expansão maior que 3%, medida no ensaio CBR (Califórnia Bearing Ratio) na energia normal, deve-se realizar um dos seguintes tratamentos no solo do subleito: i) Remoção do solo expansivo e substituição por outro solo; ii) Estabilização do solo (com cal, ou outros agentes estabilizantes); e iii) Utilização de um processo compactação especial. OBS. Uma drenagem adequada é de suprema importância, quando ocorrem solos expansivos no subleito. Tabela 3.2 mostra alguns tratamentos para solos expansivos localizados em subleitos de pavimentos de pistas de aeroportos (FAA).

20

Tabela 3.2 - Alguns tratamentos para solos expansivos localizados em subleitos de pavimentos de pistas de aeroportos (FAA - AC/150/5320-6D - 7/7/95)

OBSERVAÇÕES RELACIONADAS À TABELA 3.2: a) Na determinação da variação de umidade no solo deve ser considerada a proximidade do lençol freático do solo do subleito, e probabilidade das variações do lençol freático, e das fontes da umidade (por exemplo: variação da umidade no subleito devido a má drenagem nas proximidades da pista); b) Quando o controle da expansão é empregado pela compactação em torno da umidade ótima e no peso específico reduzido a cerca de 90% do valor máximo; Então, no projeto o CBR do subleito deve ser baseado nestes novos parâmetros de maior umidade e menor peso específico; e c) 1 in = 1 polegada = 2,54 cm. 3.1.2 Base e subbase do pavimento para pista de aeroportos i) Materiais para bases e subbases de pavimentos para pistas de aeroportos Para materiais de base e subbase de pavimentos de pistas de aeroportos, tem-se que: a) O material da base deve possuir um valor de CBR mínimo igual a 80%. e b) Para subbase o CBR deverá se maior ou igual a 20%.

Potêncial

de

expansão

do solo

Expansão

medina no

ensaio CBR (%)

Possibilidade

de variação

de umidade

no solo

Baixa

Alta

Baixa

Alta

Baixa

Estabilizar o solo até a profundidade mínima de 36 in.

Alta

Tratamento dado ao solo

Estabilizar o solo até a profundidade mínima de 6 in.

Compactar o solo em torno de +2% a +3% do teor de

umidade ótimo do solo, e com um peso específico seco

não maior que 90% do valor máximo.

Estabilizar o solo até a profundidade mínima de 12 in.

Estabilizar o solo até a profundidade mínima de 12 in.

Remover o solo expansivo e substitur por solo não

expansivo.

Estabilizar o solo até a profundidade mínima de 12 in.

Baixo de 3% a 5%

Acima de 10%Alto

Médio de 6% a 10%

Levantar o grade do pavimento e aterrar o solo expansivo

com um solo não expansivo até no mínimo 36 in abaixo da

camada do pavimeto.

21

Para materiais empregados na construção de bases e subbases de pavimentos de aeroportos nos EUA (Estados Unidos da América), a norma ASTM D 2940 (1992) recomenda as composições granulométricas da Tabela 3.3; Contudo, para os materiais que se enquadrarem na Tabela 3.3, tem-se que:

a) A fração de material que passa na peneira número 40 deve possuir LL 25% e

IP 4%; b) A quantidade de material que passa na peneira número 200 não deve exceder a 60% da quantidade que passa na peneira número 30; e c) O material que passa na peneira de malha 4,8 mm deve apresentar um equivalente de areia maior que 35%. Tabela 3.3 - Granulometria recomendada para materiais empregados na

construção de bases e subbases de pavimentos de aeroportos nos EUA

OBS. Pela norma brasileira pedra britada deve apresentar abrasão Los Angeles

menor ou igual a 40% (LA 40%). ASHFORD e WRIGHT (1979) apontam alguns materiais, que podem ser utilizados em bases de pavimentos de aeroportos, tais como bases de:

Macadame hidráulico, com CBR 100%;

Macadame seco, com CBR 100%;

Brita graduada, com CBR 100%; e

Agregado estabilizado (com cimento ou outros), com CBR 80%. Para HORONJEFF (1966) a pedra britada pode ser utilizada como base pavimento de pista de aeroportos desde que apresente CBR maior ou igual a 80%

(CBR 80%). A base da pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista foi construída com a brita graduada tratada com cimento com CBR ≥ 80%.

Bases Subbases Bases Subbases

2 in. (50,0 mm) 100 100 -2 -3

1 e 1/2 in. (37,5 mm) 95 a 100 90 a 100 5 + 5

3/4 in. (19,0 mm) 70 a 92 Não definido 8 Não definido

3/8 in. (9,5 mm) 50 a 70 Não definido 8 Não definido

N.o

4 (4,75 mm) 35 a 75 30 a 60 8 10

N.o

30 (0,6 mm) 12 a 25 Não definido 5 Não definido

N.o

200 (0,075 mm) 0 a 8 0 a 12 3 5

Tipos de peneiras

(malhas)

% em peso que passaTolerância

% em peso que passa

22

OBS(s). a) De acordo com o U.S. Corps of Engineers (apud HORONJEFF, 1966), os materiais da base e subbase de pavimentos de aeroportos devem ser compactados na Energia Modificada de Proctor; e b) Quando se utiliza bases de brita graduada simples ou brita graduada tratada com cimento é necessário utilizar uma camada asfáltica antireflexiva de Binder para absorver as trincas que estes tipos bases geram. Sendo que a espessura da camada asfáltica de Binder é contada na espessura total da camada asfáltica da pista do aeroporto. ii) Valor mínimo de espessura para bases de pavimentos de aeroportos Após o dimensionamento da base do pavimento da pista do aeroporto pelo método da Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D (7/7/95), não se admite valores de espessuras de base menores dos apresentados na Tabela 3.4. A Tabela 3.4 mostra a espessura mínima da base para vários tipos de aeronaves e/ou trem de pousos, com base no peso máximo de decolagem da aeronave. Tabela 3.4 - Espessura mínima da base para vários tipos de aeronaves e/ou

trem de pousos, com base no peso máximo de decolagem da aeronave

30.000 a 50.000 4 10

50.000 a 75.000 6 15

50.000 a 100.000 6 15

100.000 a 200.000 8 20

100.000 a 250.000 6 15

250.000 a 400.000 8 20

400.000 a 600.000 6 15

600.000 a 850.000 8 20

75.000 a 125.000 4 10

125.000 a 175.000 6 15

Boeing 747

C-130

DC-10 e L-1011 400.000 a 600.000

Boeing 757 e 767

Duplo tandem

Aeronave e/ou trem

de pouso (típica)

Simples (ou roda

simples)

Duplo (ou roda

dupla)

20

Em que: Peso bruto da aeronave é o Peso Máximo de Decolagem da Aeronave (ou

Gross Aircraft Weight) em libras.

Peso Máximo de

Decolagem da

Aeronave (lb)

Espessura mínima

da BASE do

pavimento (cm)

15200.000 a 400.000

Espessura mínima

da BASE do

pavimento (in)

6

8

23

3.1.3 Camada asfáltica do pavimento da pista do aeroporto A camada asfáltica do pavimento da pista do aeroporto de rolamento deve: a) Evitar a penetração da água na base do pavimento; b) Prover uma superfície macia e bem aderida (ou com partículas bem ligadas) livre de partículas soltas, as quais podem por em perigo o avião ou as pessoas; c) Resistir às tensões de cisalhamento causadas pelo carregamento da aeronave; d) Fornecer uma textura antiderrapante; e e) Não deve causar prejuízos aos pneus da aeronave. Atende plenamente as exigências apresentadas anteriormente, os CAUQ(s) dosados conforme a Tabela 3.5, que foi elaborada com base na norma FAA - AC.150/5370-10F - 30/09/2011. OBS. Em áreas de manutenção e abastecimento das aeronaves deve ser providenciada uma superfície de pavimento resistente aos solventes; Por exemplo: nestas áreas o pavimento deve ser de concreto de cimento Portland. Tabela 3.5 - Parâmetros de dosagem para os CAUQ(s) utilizados em pista de

asfalto de aeroportos (FAA - AC.150/5370-10F - 30/09/2011)

OBS. Tem-se registro de que duas pistas de importantes aeroportos brasileiros apresentaram cerca da metade da espessura da camada asfáltica constituída de uma camada asfáltica de Binder, a qual é uma camada antireflexiva que absorve as trincas das bases.

Parâmetros

considerados na

dosagem Marshall

Pista de asfalto para aeronaves com

pesso total (ou bruto) de 60.000 lb ou

mais; ou pressão no peneu de 100

PSI ou mais

Pista de asfalto para aeronaves com

pesso total (ou bruto) de menos que

60.000 lb; ou pressão no peneu de

menos que 100 PSI

Número de golpes por

face do corpo-de-prova75 50

Estabilidade Marshall em

N (ou kgf); valor mínimo. 9564 N (ou 975 kgf) 6005 N (ou 613 kgf)

Fluência em mm (ou in);

faixa aceitável.2,5 a 3,5 mm (ou 0,10 a 0,14 in) 2,5 a 4,5 mm (ou 0,10 a 0,18 in)

Porcentagem de vazios

com ar na mistura

asfáltica; faixa aceitável

2,8 a 4,2 % 2,8 a 4,2%

Sendo: 1 PSI = 1 lb/in2 = 7 kPa; 1 in = 2,54 cm; 1 kgf = 9,81 N; 1 lb = 0,454 kgf

Porcentagem mínima de

vazios do agregado

mineral

16% para diâmetro máximo do agregado igual a 12,5 mm

15% para diâmetro máximo do agregado igual a 19,0 mm

14% para diâmetro máximo do agregado igual a 25,0 mm

13% para diâmetro máximo do agregado igual a 37,5 mm

24

Por exemplo: a) Na pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA, dos 12 cm da camada asfáltica tem-se que 6 cm da camada asfáltica em contado com a base era uma camada asfáltica antireflexiva de Binder, e os 6 cm finais da camada asfáltica constituíam a camada de rolamento. Já a base da pista do novo aeroporto de Vitória conquista possuía 20 cm e era de brita graduada tratada com cimento; e b) Na pista do novo aeroporto internacional de Natal, dos 13 cm da camada asfáltica tem-se que 7 cm da camada asfáltica em contado com a base era uma camada asfáltica antireflexiva de Binder, e os 6 cm finais da camada asfáltica constituíam a camada de rolamento. Já a base da pista do novo aeroporto internacional de Natal possuía 24 cm e era de brita graduada simples.(dados obtidos de Nascimento et. al, 2014). 3.2 Trens de pouso de aeronaves O conhecimento dos tipos de trens de pouso das aeronaves é indispensável para realização do dimensionamento de pavimentos de pistas de aeroportos. A evolução dinâmica que é comum para maioria das estruturas de engenharia, também ocorre nos trens de pouso, ao longo dos anos, por isso existem diferentes tipos de trens de pouso para os diferentes tipos de aeronaves. O trem de pouso principal de uma aeronave é aquele que absorve a maior parte do carregamento da aeronave. De acordo com GOLDNER (2010), 95% do peso bruto da aeronave é absorvido (ou suportado) pelo trem de pouso principal. A Figura 3.1 ilustra que 95% da concentração do carregamento de uma aeronave ocorre no trem de pouso principal.

Figura 3.1 - 95% da concentração do carregamento de uma aeronave ocorre no trem de pouso principal

25

A Figura 3.2 ilustra o esquema do trem de poso principal: tipo simples, tipo duplo (ou roda dupla), tipo duplo tandem e tipo duplo duplo tandem.

Figura 3.2 - Esquema do trem de poso principal: tipo simples, tipo duplo (ou

roda dupla), tipo duplo tandem e tipo duplo duplo tandem 3.3 Critical areas and noncritical areas (áreas criticas e áreas não criticas De acordo com Delatte (2008) a Federal Aviation Administration (FAA) define as áreas críticas e não críticas do pavimento da pista do aeroporto do seguinte modo: A área crítica (critical areas) inclui o pavimento da pista de trânsito (ou rodagem, ou taxiamento) da aeronave dentro do aeroporto, e também a parte central do pavimento da pista do aeroporto, que serve para decolagens e aterrissagens. A área não crítica (noncritical areas) inclui as bordas ou as extremidades do pavimento da pista do aeroporto, que serve para decolagens e aterrissagens. Na área não crítica a espessura do pavimento pode ser reduzida em 10%. OBS. Foi constatado, que tanto na pista do novo aeroporto internacional de Nata - RN (dados de Nascimento et al., 2014) quanto na pista no novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA (dados de Viana, 2015), que foi adotada uma espessura constante da camada de asfalto para toda a pista; Assim sendo, não houve diferenciação para de espessuras para áreas críticas e áreas não críticas.

26

3.4 Dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration (FAA) AC/150/5320-6D - 7/7/95 A vida de projeto de um pavimento projetado pelo método da FAA é cerca de 20 anos. 3.4.1 Roteiro básico de dimensionamento pelo método da Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95 Os principais passos para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration (FAA) são os que se seguem: 1.o (primeiro) passo: Determinar o volume de tráfego anual de decolagens, ou Departures ou partidas das aeronaves, que utilizarão o pavimento da pista do aeroporto; 2.o (segundo) passo: Determinar o Peso Máximo de Decolagem da Aeronave, ou Gross Aircraft Weight ou peso bruto da aeronave (libras) das aeronaves, que utilizarão o pavimento do aeroporto; 3.o (terceiro) passo: Determinar a configuração do trem de pouso das aeronaves, que utilizarão o pavimento da pista do aeroporto; 4.o (quarto) passo: Determinar a Capacidade de Suporte do subleito ou Índice de Suporte Califórnia (CBR) do solo subleito do pavimento do futuro aeroporto; 5.o (quinto) passo: Determinar a Capacidade de Suporte do material da subbase ou Índice de Suporte Califórnia (CBR) da subbase do pavimento do futuro aeroporto; 6.o (sexto) passo: Utilizar os ábacos de dimensionamento da Federal Aviation Administration (FAA), e determinar a espessura total de pavimento para cada aeronave, que utilizará a pista do aeroporto; 7.o (sétimo) passo: Determinar a maior espessura de pavimento, com base nas várias aeronaves, que utilizarão o pavimento da pista do aeroporto; 8.o (oitavo) passo: Determinar o Fator de Trem de Pouso (FTP) de cada aeronave, que utilizará o pavimento da pista do aeroporto, em relação ao trem de pouso da aeronave principal de projeto (ou aeronave para a qual se obteve a maior espessura de pavimento). A Tabela 3.6 mostra os Fatores de Trem de Pouso (FTP), que servem para transformar o número anual de decolagens de uma aeronave com um tipo de trem de pouso, para o número anual de decolagens correspondente a uma aeronave com o trem de pouso da aeronave principal de projeto.

27

Tabela 3.6 - Fatores de Trem de Poso, que servem para transformar o número anual de decolagens de uma aeronave com um tipo de trem de pouso, para o número anual de decolagens correspondente a uma aeronave com o trem de pouso da aeronave principal de projeto

9.o (nono) passo: Para cada aeronave, que utilizará o pavimento do aeroporto, determinar o valor do R2 (ou o número anual de decolagens da aeronave expresso em trem de pouso correspondente ao da aeronave principal de projeto); OBS(s). a) Exemplos do cálculo do valor de R2 para as aeronaves, que utilizarão o pavimento de um aeroporto a ser construído, serão dadas na próxima aula, através da resolução de um exercício. b) R2 (da aeronave) = FTP . (Número anual de partidas da aeronave em análise) 10.o (décimo) passo: Para cada aeronave, que utilizará o pavimento da pista do aeroporto, determinar o valor do W2 (ou a carga por roda do trem de pouso principal da aeronave); A Tabela 3.7 mostra as equações para obtenção da carga por roda do trem de pouso principal (ou W2), com base no tipo trem de pouso principal das aeronaves, e com base no peso máximo de decolagem das aeronaves (PMDA).

TREM DE POUSO

(AERONAVE EM

ANÁLISE)

TREM DE POUSO

(AERONAVE

PRINCIPAL DE

PROJETO)

FATOR DE TREM DE POUSO = FTP

(MULTIPLICAR O NÚMERO ANUAL DE

PARTIDAS OU DECOLAGENS DA

AERONAVE EM ANÁLISE POR)

Roda simples Roda simples 1,00

Roda simples Roda dupla 0,80

Roda simples Duplo tandem 0,50

Roda simples Duplo duplo tandem 0,50

Roda dupla Roda simples 1,30

Roda dupla Roda dupla 1,00

Roda dupla Duplo tandem 0,60

Roda dupla Duplo duplo tandem 0,60

Duplo tandem Roda simples 2,00

Duplo tandem Roda dupla 1,70

Duplo tandem Duplo tandem 1,00

Duplo tandem Duplo duplo tandem 1,00

Duplo duplo tandem Roda simples 2,00

Duplo duplo tandem Roda dupla 1,90

Duplo duplo tandem Duplo tandem 1,00

Duplo duplo tandem Duplo duplo tandem 1,00

28

Tabela 3.7 - Equações para obtenção da carga por roda do trem de pouso principal (ou W2), com base no tipo trem de pouso principal das aeronaves, e com base no peso máximo de decolagem das aeronaves (PMDA)

OBS. Exemplos do cálculo do valor de W2 para as aeronaves, que utilizarão o pavimento de um aeroporto a ser construído, serão dadas na próxima aula, através da resolução de um exercício. 11.o (décimo primeiro) passo: Determinação do valor de R1 para cada aeronave, que utilizará o pavimento do futuro aeroporto, em que R1 é um número equivalente de decolagens anual correspondente à aeronave principal de projeto, o qual é obtido para cada aeronave em análise que usará a pista. O número equivalente decolagens anual correspondente à aeronave principal de projeto é obtido pela seguinte equação: (3.5) em que: R1 = número anual de decolagens no aeroporto correspondente à aeronave principal de projeto (obtido com base em cada aeronave em análise); R2 = número anual de decolagens no aeroporto de uma aeronave em análise, o qual é expresso em trem de pouso da aeronave principal de projeto; W1 = Carga da roda da aeronave principal de projeto (libras); e W2 = Carga da roda da aeronave em análise, que atuará no aeroporto (libras). OBS. W1 ou carga da roda da aeronave principal de projeto (em libras) é obtida de forma similar como se obtém W2 (Tabela 3.7); Contudo, é utilizada apenas uma equação, a qual corresponde ao trem de pouso principal da aeronave principal de projeto.

W2 (ou carregamento por

roda do trem de pouso

principal da aeronave)

(libras)

Simples W2 = (0,95.PMDA)/2 (3.1)

Duplo W2 = (0,95.PMDA)/4 (3.2)

Duplo Tandem W2 = (0,95.PMDA)/8 (3.3)

Duplo Duplo Tandem W2 = (0,95.PMDA)/16 (3.4)

PMDA = Peso Máximo de Decolagem da Aeronave

Trem de pouso

principal da aeronave

(Tipo)

Eq.

2/1)1W/2W(x)2R(Log101R

29

12.o (décimo segundo) passo: Determinação do valor de R1(total), em que R1(total) equivale ao total das decolagens anual, que ocorrem no aeroporto e são correspondentes às decolagens anual da aeronave principal de projeto. O cálculo de R1(total) corresponde ao somatório de todas as decolagens anual equivalentes às decolagens da aeronave principal de projeto, que ocorrerão no pavimento do aeroporto. O valor de R1(total) é obtido pela seguinte equação: (3.6) em que: R1(total) = somatório dos valores dos R1 das aeronaves, que varia do R1 da aeronave número 1, até o R1 da aeronave número n; R1(total) equivale ao total das decolagens anual, que ocorrem no aeroporto e são correspondentes às decolagens da aeronave principal de projeto; e R1i = número anual de decolagens no aeroporto correspondente à aeronave principal de projeto (para cada aeronave i em análise). OBS. Exemplos do cálculo do valor de R1 para as aeronaves em análise e do R1(total) para a aeronave de projeto serão dadas na próxima aula, através da resolução de um exercício. 13.o (décimo terceiro) passo: Finalmente, é dimensionado o pavimento do aeroporto com base: a) No R1(total) da aeronave de projeto; b) No peso máximo de decolagem da aeronave de projeto; c) No tipo de trem de pouso da aeronave de projeto; d) No CBR do material da subbase; e c) No CBR do material subleito. 3.4.2 Equações para obtenção das espessuras de pavimentos flexíveis de aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95 A Figura 3.3 apresenta o croqui (ou esquema) comumente empregado no dimensionamento das camadas de pavimentos flexíveis de aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration.

ni

1i

i1R)total(1R

30

Figura 3.3 - Croqui (ou esquema) comumente empregado no dimensionamento

das camadas de pavimentos flexíveis de aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration

Considerando-se o croqui anterior, Figura 3.3, as equações para o dimensionamento do pavimento flexível da pista do aeroporto são: (3.7) (3.8) em que: T1 = espessura do pavimento a partir da subbase (in); T2 = espessura do pavimento a partir do subleito (in); ECA = espessura da camada asfáltica (in); Hb = espessura da base (in); e Hsb = espessura da subbase (in). i) Obtenção do valor de T1 (ou espessura do pavimento a partir da subbase) e da ECA (ou espessura da camada asfáltica) Os valores de T1 (ou espessura do pavimento a partir da subbase) e ECA (ou espessura da camada asfáltica) do pavimento podem ser obtido com base nos seguintes elementos: a) Com base no número de partidas (ou decolagens) anual da aeronave de projeto (ou departures); b) Com base no CBR do material da subbase do pavimento; c) Com base no Peso Máximo de Decolagem da Aeronave de projeto (ou Gross Aircraft Weight) em libras;

HbECA1T

HsbHbECA2T

31

d) Com base no tipo de trem de pouso da aeronave de projeto; e e) Com base em um dos ábacos de dimensionamento da Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95. Uma vez obtidos os valores de T1 e ECA; Então, com base na equação (3.7), anterior, é determinada o Hb (ou espessura da base). No dimensionamento, o ábaco da Federal Aviation Administration fornece o valor da ECA (espessura da camada asfáltica ou thickness hot mix asphalt). ii) Obtenção do valor de T2 (ou espessura do pavimento a partir da subleito) Os valores de T2 (ou espessura do pavimento a partir do subleito) podem ser obtido com base: a) No número de partidas (ou decolagens) anual da aeronave de projeto (ou departures); b) No CBR do material do subleito do pavimento; c) No Peso Máximo de Decolagem da Aeronave de projeto (ou Gross Aircraft Weight) em libras; d) No tipo de trem de pouso da aeronave de projeto; e e) Em um dos ábacos de dimensionamento da Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95. Uma vez obtido o valor de T2; Então, com base na equação (3.8), anterior, é determinada o Hsb (ou espessura da subbase). No dimensionamento, o ábaco da Federal Aviation Administration fornece o valor da ECA (espessura da camada asfáltica ou thickness hot mix asphalt). 3.4.3 Ábacos para obtenção das espessuras de pavimentos flexíveis de aeroportos pelo método da Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95 Neste tópico são apresentados alguns ábacos para o dimensionamento de pavimentos flexíveis de aeroportos pelo método Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95. Os ábacos da Federal Aviation Administration fornecem a espessura total do pavimento e da camada de asfalto (thickness hot mix asphalt) em função: a) Do número de partidas (ou decolagens) anual da aeronave de projeto (ou departures); b) Do CBR do material, que o pavimento se apoia; c) Do Peso Máximo de Decolagem da Aeronave de projeto (ou Gross Aircraft Weight) em libras; e d) Do tipo de trem de pouso da aeronave de projeto.

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Observação geral: Caso o CBR do material da subbase do seu futuro pavimento apresente valor maior do que o valor máximo de CBR dos ábacos da FAA, então adote no seu projeto o valor máximo do ábaco da FAA como sendo o seu valor para o dimensionamento da espessura T1 do pavimento. A seguir, têm-se as figuras dos ábacos da FAA. A Figura 3.4 mostra o ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeronaves com Trem de Pouso Simples (ou Roda Simples).

Figura 3.4 - Ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para

aeronaves com Trem de Pouso Simples (ou Roda Simples)

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No ábaco da Figura 3.4, tem-se que o pavimento em área crítica (critical areas) tem maior espessura de camada asfáltica. A Figura 3.5 mostra uma aeronave modelo DC-3, fabricada pela empresa Douglas dos EUA; Tal aeronave possui Trem de Pouso Simples (ou Roda Simples). Seu primeiro vôo foi em 1935, e sua capacidade de transporte é de 21 passageiros.

Figura 3.5 - Aeronave com Trem de Pouso Simples (ou Roda Simples), modelo

DC-3, fabricada pela empresa Douglas dos EUA A Figura 3.6 mostra o ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeronaves com Trem de Pouso Duplo (ou Roda Dupla). No ábaco da Figura 3.6, tem-se que o pavimento em área crítica (critical areas) tem maior espessura de camada asfáltica.

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Figura 3.6 - Ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para

aeronaves com Trem de Pouso Duplo (ou Roda Dupla)

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A Figura 3.7 mostra uma aeronave modelo DC-6, fabricada pela empresa Douglas dos EUA; Tal aeronave possui Trem de Pouso Duplo (ou Roda Dupla). Seu primeiro vôo foi em 1946, e sua capacidade de transporte é de até 90 passageiros.

Figura 3.7 - Aeronave com Trem de Pouso Duplo (ou Roda Dupla), modelo DC-

6, fabricada pela empresa Douglas dos EUA A Figura 3.8 mostra uma foto do ATR - 72, que é uma aeronave fabricada pela empresa francesa ATR (Avions de Transport Regional), com capacidade para até 72 passageiros; Seu primeiro vôo foi em 1988, e seu Peso Máximo de Decolagem é 39.600 libras, ainda, destaca-se que: O trem de pouso principal da aeronave ATR - 72 é do tipo duplo; Pode-se utilizar o ábaco da FAA para dimensionar pistas para esta aeronave, mas é necessário considerar que seu peso de decolagem seja majorado para 50.000 libras, que é o menor valor de Peso Máximo de Decolagem do ábaco da FAA para tem de poso tipo duplo; e Aeronaves modelo ATR - 72 operam regulamente no aeroporto Pedro Otacílio de Figueiredo de Vitória da Conquista - BA (Viana, 2012).

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Figura 3.8 - Aeronave com Trem de Pouso Duplo (ou Roda Dupla), do modelo

ATR - 72, fabricada pela empresa ATR (Avions de Transport Regional) da França

A Figura 3.9 mostra o ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeronaves com Trem de Pouso Duplo Tandem. OBS. Este ábaco para Trem de Pouso Duplo Tandem é válido para a maioria das aeronaves que possuem Trem de Pouso Duplo Tandem, exceto para as aeronaves tipo L-1011-100 e L-1011-200, as quais, mesmo apresentando Trem de Pouso Duplo Tendem, possui um ábaco de dimensionamento especial. No ábaco da Figura 3.9, tem-se que o pavimento em área crítica (critical areas) tem maior espessura de camada asfáltica.

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Figura 3.9 Ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para

aeronaves com Trem de Pouso Duplo Tandem

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A Figura 3.10 mostra uma aeronave modelo 707, fabricada pela empresa Boeing dos EUA; Tal aeronave possui Trem de Pouso Duplo Tandem. Seu primeiro vôo foi em 1954, e sua capacidade de transporte é de até 189 passageiros.

Figura 3.10 - Aeronave com Trem de Pouso Duplo Tandem, modelo 707,

fabricada pela empresa Boeing dos EUA A Figura 3.11 mostra o ábaco especial para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeronaves L-1011-100 e L-1011-200 com Trem de Pouso Duplo Tandem. No ábaco da Figura 3.11, tem-se que o pavimento em área crítica (critical areas) tem maior espessura de camada asfáltica.

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Figura 3.11 - Ábaco especial para o dimensionamento de pavimentos flexíveis

para aeronaves L-1011-100 e L-1011-200 com Trem de Pouso Duplo Tandem

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A Figura 3.12 mostra uma aeronave modelo L-1011-100, fabricada pela empresa Lockheed dos EUA; Tal aeronave possui Trem de Pouso Duplo Tandem. Seu primeiro vôo foi em 1975, e sua capacidade de transporte é de até 400 passageiros.

Figura 3.12 - Aeronave com Trem de Pouso Duplo Tandem, modelo L-1011-100,

fabricada pela empresa Lockheed dos EUA A Figura 3.13 mostra o ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para aeronaves com Trem de Pouso Duplo Duplo Tandem (Tipo Boeing 747 e outras aeronaves). No ábaco da Figura 3.13, tem-se que o pavimento em área crítica (critical areas) tem maior espessura de camada asfáltica.

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Figura 3.13 - Ábaco para o dimensionamento de pavimentos flexíveis para

aeronaves com Trem de Pouso Duplo Duplo Tandem (Tipo Boeing 747 e outras aeronaves)

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A Figura 3.14 mostra uma aeronave modelo 747, fabricada pela empresa Boeing dos EUA; Tal aeronave possui Trem de Pouso Duplo Duplo Tandem. Seu primeiro vôo foi em 1969, e sua capacidade de transporte é de até 585 passageiros.

Figura 3.14 - Aeronave com Trem de Pouso Duplo Duplo Tandem, modelo 747,

fabricada pela empresa Boeing dos EUA OBS. Existem mais alguns ábacos de dimensionamento na norma Federal Aviation Administration AC/150/5320-6D - 7/7/95, os quais serão fornecidos aos alunos em forma de arquivos pdf. 3.4.4 Espessura mínima do pavimento para número de partidas anual maior que 25.000 Segundo a Federal Aviation Administration, no caso do número de decolagens ou partidas (ou departures) anual com a aeronave exceder a 25.000 decolagens; Então, a espessura total de projeto do pavimento deve ser aumentada com base na Tabela 3.8. Destaca-se que o aumento a ser feito no pavimento, com base na Tabela 3.7, é distribuído da seguinte forma: a) Inicialmente, é feito o aumento de uma polegada (2,54 cm) na superfície de rolamento de concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ); e b) Finalmente, o aumento restante na espessura do pavimento é distribuído de forma proporcional para a base e subbase.

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Tabela 3.8 - Espessura mínima do pavimento no caso do número de partidas ou decolagens (departures) anual com a aeronave exceder a 25.000 (Federal Aviation Administration)

OBS. Um exemplo da distribuição proporcional da espessura será dado através de um exercício em outra aula. 4 Introdução a geometria de pistas de aeroportos Tem-se constatado em Viana (2015) e Nascimento et al. (2014), que no Brasil tanto na pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA quanto na pista do novo aeroporto internacional de Natal - RN, que as pistas dos novos aeroportos apresentam a seguinte geometria transversal: -> Largura total da pista = 45 m (22,5 m para cada lado, em relação ao centro da pista); -> Acostamentos = 7,5 m (sendo 7,5 m para cada lado da pista, em relação ao centro da pista); e -> Abalamento isométrico em relação ao centro da pista = 1,5%. OBS. a) Destaca-se que a aeronave de projeto da pista do novo aeroporto de Natal - RN é o Boeing 747-400, com peso máximo de decolagem de 397,80 toneladas, trem de pouso duplo duplo tandem, espaçamento entre rodas 44 in, espaçamento entre eixos tandem 58 in, e seu número de decolagens anuais é 12.809; e b) A pista do novo aeroporto internacional de natal - RN, também possui um segundo acostamento de 7,5 m para cada lado da pista em relação ao eixo da pista. A Figura 4.1 ilustra a seção transversal da pista do novo aeroporto internacional de Natal - RN.

25.001 a 50.000 104

50.001 a 100.000 108

100.001 a 150.000 110

150.001 a 200.000 112

Número de

decolagens (ou

departures) anuais

Espessura mínima do

PAVIMENTO do

aeroporto (cm)

44

Figura 4.1 - Seção transversal A-A da pista do novo aeroporto internacional de

Natal - RN (Modificada de Nascimento et al., 2014) Particularidades da pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA: i) A declividade longitudinal da pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista foi igual a 0,33%, e o comprimento total da pista foi de 2.100 m. ii) A aeronave de projeto da pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista foi o Boeing 737/800 (com capacidade de 189 passageiros, trem de pouso roda dupla e peso máximo de decolagem da aeronave igual a 174.700 libras). iii) A pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista foi projetada para um Número máximo de decolagens anuais igual 7.500 decolagens com a aeronave de projeto (Boeing 737/800). A Figura 4.2 e 4.3 ilustram a seção transversal da pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA.

Figura 4.2 - Largura, abaulamento e espessura das camadas da seção

transversal da pista do novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA (CAMPOS e BOMFIM, 2015)

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Figura 4.3 - Detalhamento com descrição dos materiais da seção transversal

da pista de pouso e decolagens do novo aeroporto de Vitória da Conquista -BA (Fonte: Projeto de pavimentação Concremat engenharia, 2012 apud CAMPOS e BOMFIM, 2015)

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Foto do canteiro de obras da empresa Paviservice, que foi a responsável pela execução da pista de pouso e decolagens do novo aeroporto de Vitória da Conquista - BA (Viana, 2014)