Dimensionamentos de Pavimentos Aeroportuários · Ao Professor Luís Picado Santos, pela...

Dimensionamentos de Pavimentos Aeroportuários:

A Consideração de Novas Orientações

Ricardo Amaral Cabral Vieira

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientador

Professor Doutor Luís Guilherme de Picado Santos

Júri

Presidente: Professor Doutor João Torres de Quinhones Levy

Orientador: Professor Doutor Luís Guilherme de Picado Santos

Vogal: Professora Doutora Patrícia Alexandra Afonso Dinis Ferreira

Outubro de 2015

i

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Luís Picado Santos, pela orientação, apoio e disponibilidade demonstrada no decorrer

da dissertação. Pela amizade adquirida e confiança depositada.

Ao Eng.º César Abreu por todo o auxílio e célere disponibilização de documentos fundamentais à

realização da dissertação.

A todos os amigos que encontrei nestes primeiros tempos de vida profissional e que, de uma forma

ou de outra, contribuíram para a melhoria e aprofundamento dos meus conhecimentos e

competências nesta área:

Pedro Conceição e Rui Levy na EUROSCUT AÇORES / Cintra;

Teresa Alves, João Espírito Santo, Pedro Igreja, António Cardoso e Sofia Amaral na

NRV / Norvia – Consultores de Engenharia, S.A.

Aos meus colegas do Instituto Superior Técnico, por todos os bons momentos.

À minha família.

iii

RESUMO

A presente dissertação tem como objetivo o estudo do mais recente método de dimensionamento de

pavimentos aeroportuários da Federal Aviation Administration (Estados Unidos da América),

denominado FAARFIELD.

Lançado em 2009 com a Advisory Circular 150/5320-6E, o FAARFIELD consiste num software de

cálculo automático, com base num modelo estrutural de multi-camadas elásticas e lineares, no caso

dos pavimentos flexíveis, e em elementos finitos tridimensionais, no caso dos pavimentos rígidos.

Procedeu-se fundamentalmente à apresentação desta nova metodologia e à avaliação da sua

aplicabilidade em Portugal, realizando-se uma análise comparativa entre os resultados do

FAARFIELD e os decorrentes da metodologia empírico-mecanicista habitualmente usada na

tecnologia portuguesa.

Face ao envolvimento do Instituto Superior Técnico no projeto de estabelecimento de um Sistema de

Gestão de Pavimentos Aeroportuários para aeroportos internacionais portugueses, usou-se a

informação relativa ao tráfego e à caracterização estrutural dos pavimentos das pistas do Aeroporto

de Lisboa (RWY 03-21) e do Aeroporto de Faro (RWY 10-28).

Esta análise não compromete em nenhuma circunstância o gestor da infraestrutura, nem a realidade

da sua operação, uma vez que efetuou-se uma simplificação/adaptação da base de dados necessária

ao uso do FAARFIELD.

Concluiu-se que a abordagem FAARFIELD é mais detalhada, embora menos controlável no que

respeita à forma como considera a informação, que a abordagem empírico-mecanicista. Os

resultados do FAARFIELD são mais conservadores quando os pavimentos encontram-se no limite da

sua capacidade de serviço e alinham-se razoavelmente bem com a metodologia empírico-

mecanicista quando os pavimentos são novos ou apresentam uma capacidade de carga ainda

significativa.

Palavras chave: FAARFIELD; pavimentos aeroportuários; análise estrutural; dimensionamento;

metodologia empírico-mecanicista.

v

ABSTRACT

The following dissertation aims to study FAARFIELD, the most recent method of airport pavement

design by the Federal Aviation Administration (United States of America).

Launched in 2009 with Advisory Circular AC 150/5320-6E, FAARFIELD consists of an automatic

calculation software, based on an elastic and linear multilayer structural model for flexible pavements,

and tridimensional finite elements for rigid pavements.

It was made a presentation of this new method and evaluated its potential applicability to airports in

Portugal, performing a comparative analysis between the FAARFIELD results and previous ones

achieved through the mechanistic-empirical method currently used in Portugal.

The case studies defined were the runways from Lisbon Airport (RWY 03-21) and Faro Airport (RWY

10-28). The data used for traffic and pavement structures comes from a project of Instituto Superior

Técnico related to the development of an Airport Pavement Management System for Portuguese

internacional airports.

This analysis doesn't compromise under any circumstances the airports manager, neither the reality of

its operations, once was required a simplification/adaptation of the database to the use of

FAARFIELD.

It’s concluded that FAARFIELD is more detailed, but less controllable (with regard to how considers

information), than mechanistic-empirical method. The results are more conservative when pavements

are at the limit of its service capacity and align reasonably when dealing with new pavements or with

high load capacity.

Key words: FAARFIELD; airport pavements; structural analysis; design; mechanistic-empirical

method.

vii

ÍNDICE DE TEXTO

I. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 1

I.1. Enquadramento Geral.................................................................................................................... 1

I.2. Objetivos e Metodologia ................................................................................................................ 2

I.3. Estrutura da Dissertação ............................................................................................................... 2

II. MÉTODO DA FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION .................................................................. 3

II.1. Considerações Iniciais .................................................................................................................. 3

II.2. Metodologia Implantada por Ábacos ............................................................................................ 4

II.2.1. Quantificação da Ação do Tráfego......................................................................................... 4

II.2.2. Capacidade de Suporte da Fundação ................................................................................... 7

II.2.3. Curvas de Dimensionamento ............................................................................................... 10

II.2.3.1. Desenvolvimento ........................................................................................................... 10

II.2.3.2. Utilização ....................................................................................................................... 14

II.3. Metodologia Implantada por Software ........................................................................................ 16

II.3.1. Novo Paradigma................................................................................................................... 16

II.3.2. Capacidade de Suporte da Fundação ................................................................................. 22

II.3.3. Bibliotecas do FAARFIELD .................................................................................................. 24

II.3.3.1. Aeronaves...................................................................................................................... 24

II.3.3.2. Materiais ........................................................................................................................ 25

II.3.4. Fator Cumulativo de Dano ................................................................................................... 26

III. APLICAÇÃO DO FAARFIELD AOS CASOS DE ESTUDO ........................................................... 31

III.1. Considerações Iniciais ............................................................................................................... 31

III.1.1. Elementos base................................................................................................................... 31

III.1.2. Aeroporto de Lisboa ............................................................................................................ 31

III.1.3. Aeroporto de Faro ............................................................................................................... 32

III.2. Estrutura dos Pavimentos .......................................................................................................... 33

III.2.1. Descrição ............................................................................................................................ 33


viii


III.3. Modelação do Tráfego ............................................................................................................... 38

III.3.1. Descrição ............................................................................................................................ 38



III.4. Resultados ................................................................................................................................. 39

III.4.1. Descrição ............................................................................................................................ 39


III.4.2.1. RWY 03-21: Zona 1 ...................................................................................................... 41

III.4.2.2. RWY 03-21: Zona 2 ...................................................................................................... 42

III.4.2.3. RWY 03-21: Zona 3 ...................................................................................................... 43


III.4.3.1. RWY 10-28: Zona 1 ...................................................................................................... 44

III.4.3.2. RWY 10-28: Zona 2 ...................................................................................................... 45

III.5. Síntese de Resultados ............................................................................................................... 46

III.5.1. Dimensionamentos ............................................................................................................. 46

III.5.1.1. Aeroporto de Lisboa ..................................................................................................... 46

III.5.1.2. Aeroporto de Faro ........................................................................................................ 47

III.5.2. Ação do Tráfego .................................................................................................................. 47

III.5.2.1. Aeroporto de Lisboa ..................................................................................................... 47

III.5.2.2. Aeroporto de Faro ........................................................................................................ 48

IV. COMPARAÇÃO COM A METODOLOGIA EMPÍRICO-MECANICISTA ....................................... 50

IV.1. Vida Residual dos Pavimentos .................................................................................................. 50

IV.2. Modelação da Ação do Tráfego ................................................................................................ 52

IV.2.1. CDF das Aeronaves ........................................................................................................... 52

IV.2.2. Características das Aeronaves ........................................................................................... 53

IV.2.3. Comparação dos P/C ratios ................................................................................................ 54

IV.3. Lei de Deformação Permanente ............................................................................................... 57

IV.4. Modelação da Estrutura do Pavimento do Aeroporto de Faro .................................................. 59

IV.4.1. Considerações Iniciais ........................................................................................................ 59

ix

IV.4.2. Cavados de Rodeiras ......................................................................................................... 59

IV.4.3. Campanha de Ensaios de Carga........................................................................................ 60

IV.4.4. Campanha de Prospeção ................................................................................................... 62

IV.4.5. Retro-análise....................................................................................................................... 63

IV.4.6. Correção da Temperatura .................................................................................................. 69

IV.5. Considerações Finais ................................................................................................................ 69

V. CONCLUSÃO ................................................................................................................................... 70

V.1. Principais Conclusões ................................................................................................................ 70

V.2. Trabalhos Futuros ...................................................................................................................... 72

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................... 73

ANEXOS................................................................................................................................................ 77

ANEXO A – Exemplos de Curvas de Dimensionamento da FAA (Configuração 2D) .......................... 78

ANEXO B – Planta e Secção Transversal Padrão de uma RUNWAY ................................................. 80

ANEXO C – Área Efetiva de Pneu ........................................................................................................ 81

ANEXO D – Movimento de Aeronaves nos Aeroportos de Lisboa e Faro em 2013............................. 82

ANEXO E – Taxas de Crescimento Anuais Previstas para os Aeroportos de Lisboa e Faro .............. 88

ANEXO F – CDF’s das Aeronaves da Mistura de Tráfego ................................................................... 89

ANEXO G – Comparação entre os P/C ratios das ACs da FAA e o FAARFIELD ................................ 90

x

LISTA DE FIGURAS

Figura II.1: Nomenclatura adotada pela FAA para o trem de aterragem das aeronaves (FAA, 2009).. 6

Figura II.2: Exemplos de configurações correntes para o trem de aterragem (adaptado de FAA, 2009)

.......................................................................................................................................................... 6

Figura II.3: Relação entre os fatores alpha e os recobrimentos (coverages) para diferentes números

de rodas para calcular ESWL (FAA, 1978) .................................................................................... 13

Figura II.4: Lei de Fadiga a partir de um dimensionamento para 5000 recobrimentos (adaptado de

FAA, 1978) ..................................................................................................................................... 14

Figura II.5: Interface do software FAARFIELD ..................................................................................... 18

Figura II.6: Estrutura interna do LEDFAA 1.3 e do FAARFIELD (FAARFIELD, 2009) ........................ 19

Figura II.7: Janela de visualização das características das aeronaves no FAARFIELD ..................... 24

Figura II.8: Materiais disponíveis para as camadas do pavimento no FAARFIELD ............................ 25

Figura II.9: Distância ao eixo da pista do trem principal de diferentes aeronaves (Brill, 2012) ........... 26

Figura II.10: Conceito de Fator Cumulativo de Dano (Brill, 2012) ....................................................... 27

Figura III.1: Aeroporto de Lisboa (adaptado de Picado-Santos, L., 2014b) ......................................... 32

Figura III.2: Aeroporto de Faro (adaptado de Picado-Santos, L., 2014a) ............................................ 32

Figura III.3: Zonas de características uniformes definidas para a RWY 03-21 .................................... 36

Figura III.4: Zonas de características uniformes definidas para a RWY 10-28 .................................... 37

Figura III.5: Output do FAARFIELD para o CDF da mistura de tráfego da Zona 1 da RWY 03-21 ..... 41





Figura III.10: Dimensionamentos do FAARFIELD para a RWY 03-21 ................................................ 46

Figura III.11: Dimensionamentos do FAARFIELD para a RWY 10-28 ................................................ 47

Figura III.12: CDF das aeronaves da mistura de tráfego para os dimensionamentos da RWY 03-21 ....

........................................................................................................................................................ 48

Figura III.13: CDF das aeronaves da mistura de tráfego para os dimensionamentos da RWY 10-28 ....

........................................................................................................................................................ 48

xi

Figura IV.1: Rodados em tandem (FAA, 2012) .................................................................................... 56

Figura IV.2: Determinação do fator de tandem no cálculo interno do FAARFIELD para o P/C ratio de

uma aeronave (FAA, 2012) ............................................................................................................ 57

Figura IV.3: Comparação do critério de ruína por deformação permanente do FAARFIELD com a

formulação proposta por Chou ....................................................................................................... 58

Figura IV.4: Desvio em relação à régua de 3 metros ao longo de perfis transversais na RWY 10-28

(adaptado de Picado-Santos, 2014a) ............................................................................................ 60

Figura IV.5: Deflexões máximas normalizadas para uma carga padrão de 150 kN e aplicação do

método das diferenças acumuladas para os alinhamentos CL, 4L e 4R da RWY 10-28 .............. 61

Figura IV.6: Ajustamento dos deflectogramas para a Zona 1 da RWY 10-28 (adaptado de Picado-

Santos, 2014) ................................................................................................................................. 64

Figura IV.7: Ajustamento dos deflectogramas para a Zona 2 da RWY 10-28 (adaptado de Picado-

Santos, 2014) ................................................................................................................................. 64

Figura IV.8: Ajustamento proposto dos deflectogramas para a Zona 1 da RWY 10-28 ...................... 67

Figura IV.9: Ajustamento proposto dos deflectogramas para a Zona 2 da RWY 10-28 ...................... 68

Figura ANEXO A.1: Curvas de dimensionamento de pavimentos flexíveis para trens de aterragem 2D

(FAA, 1978) .................................................................................................................................... 78

Figura ANEXO A.2: Curvas de dimensionamento de pavimentos rígidos para trens de aterragem 2D

(FAA, 1978) .................................................................................................................................... 79

Figura ANEXO A.3: Curvas de dimensionamento opcionais de pavimentos rígidos para trens de

aterragem 2D (FAA,1978) .............................................................................................................. 79

Figura ANEXO B.1: Conceito de área crítica para a definição da espessura do pavimento (adaptado

de FAA, 1995 e 2009) .................................................................................................................... 80

Figura ANEXO C.1: Conceito de área efetiva de pneu sem sobreposição (FAA, 2009) ..................... 81

Figura ANEXO C.2: Conceito de área efetiva de pneu com sobreposição (FAA, 2009) ..................... 81

xii

LISTA DE QUADROS

Quadro II.1: Fatores de conversão de trens de aterragem .................................................................... 5

Quadro II.2: Correlação entre as classes de fundação utilizadas pela FAA para pavimentos flexíveis

até 1978 e o ensaio CBR (FAA, 1974)............................................................................................. 8

Quadro II.3: Capacidade de suporte aproximada dos solos para utilização como fundação de

pavimentos (FAA, 1978) ................................................................................................................. 9

Quadro II.4: Fatores de conversão de recobrimentos / Pass-to-Coverage Ratios (FAA, 1995) .......... 11

Quadro II.5: Fatores de conversão de recobrimentos / Pass-to-Coverage Ratios (FAA, 2006) .......... 12

Quadro II.6: Síntese das alterações ocorridas na metodologia de dimensionamento de pavimentos

aeroportuários da FAA com a publicação da nova AC 150/5320-6E (adaptado de Brill, 2012) .... 21

Quadro II.7: Propriedades dos materiais padrão do FAARFIELD (adaptado de Brill, 2013) ............... 25

Quadro II.8: Vida útil estrutural dos pavimentos com base no CDF .................................................... 28

Quadro II.9: Procedimento de dimensionamento executado pelo FAARFIELD quando existe uma

camada com materiais indefinidos (undefined) na estrutura do pavimento (adaptado de

FAARFIELD, 2009) ........................................................................................................................ 29

Quadro III.1: Esquema de medições realizadas com o deflectómetro de impacto na RWY 03-21 do

Aeroporto de Lisboa (adaptado de Picado-Santos, L., 2014b) ...................................................... 33

Quadro III.2: Esquema de medições realizadas com o deflectómetro de impacto no RWY 10-28 do

Aeroporto de Faro (adaptado de Picado-Santos, L., 2014a) ......................................................... 34

Quadro III.3: Caracterização da estrutura da RWY 03-21: Zona 1 ...................................................... 36





Quadro III.8: Mistura de tráfego obtida para o Aeroporto de Lisboa e respetiva taxa de crescimento ...

........................................................................................................................................................ 38

Quadro III.9: Mistura de tráfego obtida para o Aeroporto de Faro e respetiva taxa de crescimento ... 39

Quadro III.10: Dimensionamentos efetuados pelo FAARFIELD para Zona 1 da RWY 03-21 ............. 41

Quadro III.11: Dimensionamentos obtidos para os materiais betuminosos da Zona 1 da RWY 03-21

........................................................................................................................................................ 41

Quadro III.12: Síntese dos dimensionamentos e vida residual da Zona 1 da RWY 03-21 .................. 41

xiii



........................................................................................................................................................ 42




........................................................................................................................................................ 43




........................................................................................................................................................ 44




........................................................................................................................................................ 45


Quadro IV.1: Comparação da vida residual da fundação .................................................................... 51

Quadro IV.2: Comparação entre a aeronave crítica do MEM e a de maior CDF na RWY 03-21 ........ 52

Quadro IV.3: Comparação entre a aeronave crítica do MEM e a de maior CDF na RWY 10-28 ........ 52

Quadro IV.4: Comparação de características dos modelos Airbus A332 ............................................ 53

Quadro IV.5: Comparação de características dos modelos Airbus A320 ............................................ 53

Quadro IV.6: P/C ratios para a mistura de tráfego em estudo na RWY 03-21 .................................... 54

Quadro IV.7: P/C ratios para a mistura de tráfego em estudo na RWY 10-28 .................................... 54

Quadro IV.8: P/C ratios por configuração do trem de aterragem ......................................................... 55

Quadro IV.9: Número de recobrimentos admissíveis para o critério de ruína de deformação

permanente nos Aeroportos de Lisboa e Faro .............................................................................. 58

Quadro IV.10: Deflexões medidas no ponto característico de cada zona da RWY 10-28 (adaptado de

Picado-Santos, 2014a) ................................................................................................................... 60

Quadro IV.11: Caracterização das zonas propostas para a RWY 10-28 ............................................ 61

Quadro IV.12: Sondagem à rotação AFR_C19 na RWY 10-28 (adaptado de Picado-Santos, 2014a) ...

........................................................................................................................................................ 62

xiv


........................................................................................................................................................ 63


........................................................................................................................................................ 63

Quadro IV.15: Cálculo do RMS (%) na Zona 1 da RWY 10-28 ........................................................... 65

Quadro IV.16: Cálculo do RMS (%) na Zona 2 da RWY 10-28 ........................................................... 66

Quadro IV.17: Cálculo do RMS (%) para o ajustamento proposto na Zona 1 da RWY 10-28 ............ 67



Quadro IV.20: Estrutura proposta para a Zona 2 da RWY 10-28 com base na otimização do RMS (%)

........................................................................................................................................................ 68

Quadro ANEXO D.1: Tráfego na RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa ............................................... 82

Quadro ANEXO D.2: Tráfego na RWY 10-28 do Aeroporto de Faro................................................... 85

Quadro ANEXO E.1: Evolução prevista para o tráfego ....................................................................... 88

Quadro ANEXO F.1: CDF’s obtidos no caso de estudo da RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa ....... 89

Quadro ANEXO F.2: CDF’s obtidos no caso de estudo da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro .......... 89

Quadro ANEXO G.1: P/C ratios para o caso de estudo da RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa ....... 90

Quadro ANEXO G.2: P/C ratios para o caso de estudo da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro .......... 90

xv

LISTA DE SÍMBOLOS

Caracteres Latinos

A: Área de contacto;

b: Distância interior entre rodados em tandem;

D’: Valor médio da deflexão;

dci: Deflexão calculada no geofone i;

dmi: Deflexão medida no geofone i;

D85: Percentil 85 da deflexão;

E: Módulo de deformabilidade;

EA: Módulo de deformabilidade da camada betuminosa;

ET: Módulo de deformabilidade para a temperatura de serviço;

E20: Módulo de deformabilidade de referência obtido a 20ºC;

h: Espessura do pavimento / Profundidade do topo da fundação;

h25000: Espessura do pavimento para 25000 descolagens;

k: Módulo de reação global;

Mr: Número de rodas do trem principal da aeronave de projeto;

n: Número de geofones utilizados;

N: Número de recobrimentos para a ruína;

Na: Número de aeronaves na mistura de tráfego;

Ndsc: Número de descolagens anuais da aeronave em análise;

Nr: Número de rodas do trem principal da aeronave em análise;

Nt: Número de rodados em tandem;

p: Pressão de contacto da ESWL;

R1: Descolagens equivalentes anuais da aeronave crítica;

R2: Descolagens anuais de uma aeronave expressas com a configuração de trem da aeronave crítica;

t: Distância entre rodados, a partir do ponto médio destes;

T: Temperatura de serviço;

w: Largura dos rodados;

xvi

W1: Carga por roda da aeronave crítica;

W2: Carga por roda da aeronave em análise;

xi: Distância lateral entre o eixo da pista e o ponto médio da secção i;

xk: Distância lateral entre o eixo da pista e o ponto médio do rodado k.

Caracteres Gregos

α: Fator alpha;

εH: Máxima extensão horizontal na base da camada betuminosa;

εV: Máxima extensão vertical no topo da fundação;

σD: Desvio padrão da deflexão.

xvii

ACRÓNIMOS

AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials;

ABGE: Agregado Britado de Granulometria Extensa;

AC: Advisory Circular;

CAA: Civil Aeronautics Authority;

CAB: Civil Aeronautics Boards;

CBR: California Bearing Ratio;

CDF: Cumulative Damage Factor;

CTP: Carga por perna do Trem Principal;

ESWL: Equivalent Single Wheel Load;

EUA: Estados Unidos da América

FAA: Federal Aviation Administration;

FAARFIELD: Federal Aviation Administration Rigid and Flexible Iterative Elastic Layered Design;

FWD: Falling Weight Deflectometer;

HMA: Hot Mix Asphalt;

ICAO: International Civil Aviation Organization;

LEAF: Layered Elastic Analysis for Flexible Pavement;

LEDFAA: Layered Elastic Design Federal Aviation Administration;

LNEC: Laboratório Nacional de Engenharia Civil;

MB: Mistura Betuminosa;

MTOW: Maximum Takeoff Weight;

NAPFT: National Airport Pavement Test Facility;

NTSB: National Transportation Safety Board;

PCI: Pavement Condition Index;

PCC: Portland Cement Concrete;

PPR: Peso Por Roda;

RMS: Root Mean Square;

RWY: Runway;

SCI: Structural Condition Index;

SGPA: Sistema de Gestão de Pavimentos Aeroportuários.

Dimensionamentos de Pavimentos Aeroportuários: a consideração de novas orientações

1

I. INTRODUÇÃO

I.1. Enquadramento Geral

Em virtude do rápido crescimento do tráfego aéreo, com o surgimento de novas aeronaves

progressivamente mais modernas, e da existência de leis e regulamentos exigentes para o

desempenho de cada ação, os aeroportos são cada vez mais uma infraestrutura dinâmica sujeita a

um elevado grau de complexidade.

Os pavimentos aeroportuários, destinados à aterragem, descolagem e movimento das aeronaves,

são a principal componente desta infraestrutura que inclui todos os edifícios, instalações e

equipamentos que promovem a segurança e o funcionamento eficaz das operações.

Estes devem apresentar qualidades a nível estrutural e funcional, distinguindo-se em três tipos –

flexíveis, rígidos e semirrígidos – em função dos materiais que constituem as suas camadas

superiores e consequente forma de distribuição das cargas induzidas pelos rodados.

A definição da estrutura do pavimento é o propósito do dimensionamento de pavimentos, sendo

função das ações de tráfego e climáticas previstas, materiais disponíveis e condições de fundação

existentes.

Existe atualmente uma multiplicidade de métodos de dimensionamento de pavimentos

aeroportuários, com maior ou menor divulgação e aceitabilidade em cada país. Além disso, há uma

tendência crescente na implantação de softwares, como o FAARFIELD (Estados Unidos da América),

ou o PCASE (Estados Unidos da América), ALIZE-LCPC (França) e o APSDS 5.0 (Austrália).

A análise comparativa de resultados obtidos com recurso a diferentes metodologias de

dimensionamento é uma ferramenta essencial à compreensão, evolução e desenvolvimento das

mesmas.

Desde a sua fundação em 1958, a Federal Aviation Administration (FAA) do Departamento de

Transportes dos Estados Unidos da América é uma das entidades que mais tem estudado e

impulsionado o progresso das metodologias de dimensionamento de pavimentos aeroportuários.

A reputação auferida ao longo das décadas faz com que as suas publicações e diretivas tenham um

impacto global. A mais recente, lançada em 2009 – AC 150/5320-6E – introduz o FAARFIELD como o

método mais especializado de dimensionamento de pavimentos aeroportuários, com modelos mais

desenvolvidos baseados nos resultados de novos ensaios à escala real com configurações de trem

de aterragem complexas.

Dimensionamento de Pavimentos Aeroportuários: a considerações de novas orientações

2

I.2. Objetivos e Metodologia

No contexto definido, a presente dissertação de mestrado tem como objectivo principal a comparação

da aplicação do FAARFIELD com uma abordagem empírico-mecanicista habitualmente usada na

tecnologia portuguesa para o dimensionamento de pavimentos aeroportuários. Tem ainda a intenção

de cumprir as seguintes etapas:

Apresentação do FAARFIELD, novo método de dimensionamento de pavimentos

aeroportuários da Federal Aviation Administration (FAA);

Avaliação da aplicabilidade do FAARFIELD em Portugal.

Para a concretização do objectivo principal vai usar-se como casos de estudo as pistas do Aeroporto

de Lisboa (RWY 03-21) e do Aeroporto de Faro (RWY 10-28), sendo que a informação necessária

decorre da contida no projeto de desenvolvimento dum Sistema de Gestão de Pavimentos

Aeroportuários (SGPA) para o gestor dos aeroportos internacionais portugueses. Naturalmente que

esta análise não compromete o gestor dos aeroportos nem a realidade da sua operação, no essencial

porque se procedeu à simplificação/adaptação da informação necessária para o uso do FAARFIELD.

I.3. Estrutura da Dissertação

Para além deste capítulo onde é feito o enquadramento geral da temática abordada na dissertação,

apresentados os objetivos propostos e a organização do relatório, existem mais 4 capítulos.

No CAPÍTULO II – Método da Federal Aviation Administration – realiza-se uma retrospetiva à

evolução do método da FAA, desde os ábacos aos softwares. O ênfase é dado ao funcionamento

interno e do ponto de vista do utilizador do FAARFIELD.

No CAPÍTULO III – Aplicação do FAARFIELD aos Casos de Estudo – aplica-se o método a duas

pistas de perfil distinto do território nacional, a RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa e a RWY 10-28 do

Aeroporto de Faro. Usou-se como informação base as estruturas dos pavimentos identificadas no

âmbito dos trabalhos do SGPA e o movimento de aeronaves relativo ao ano de 2013.

No CAPÍTULO IV – Comparação com a Metodologia Empírico-Mecanicista – analisa-se os resultados

do FAARFIELD em relação à metodologia empírico-mecanicista corrente na tecnologia portuguesa.

Em consequência da baixa vida residual prevista para pavimento do Aeroporto de Faro, efetua-se

ainda uma análise adicional ao modelo estrutural previamente estabelecido.

No CAPÍTULO V – Conclusão – sintetiza-se as principais ideias a retirar do trabalho desenvolvido e

sugerem-se algumas temáticas associadas a esta área de investigação que podem ser exploradas no

futuro.

O documento tem ainda 7 anexos que contêm informação completar ao texto principal e que são

referidos neste quando se justifica.


3

II. MÉTODO DA FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION

II.1. Considerações Iniciais

A Federal Aviation Administration (FAA) é uma entidade governamental que integra o Departamento

de Transportes dos Estados Unidos da América (EUA). A sua missão consiste em proporcionar

continuamente um sistema de transportes aéreo cada vez mais seguro e eficiente, sendo responsável

por regular todos os aspetos da aviação civil americana.

Sediada em Washington, D.C., a origem da FAA data de 1958. No entanto, a preocupação dos EUA

com a segurança e desenvolvimento aeronáutico é anterior a esta. Em 1938, o Presidente Franklin

Roosevelt assina o Civil Aeronautics Act, que estabelece como entidade independente a Civil

Aeronautics Authority (CAA), responsável por conduzir as investigações a acidentes aeronáuticos

ocorridos, bem como recomendar meios para os prevenir, regular as tarifas aéreas e definir as rotas a

servir por cada transportador. Em 1940, a CAA é dividida em duas agências, a Civil Aeronautics

Administation, integrada no Department of Commerce e a Civil Aeronautics Boards (CAB). Enquanto

a primeira seria responsável pelo controlo de tráfego aéreo, certificação de pilotos e aeronaves,

cumprimento das normas de segurança e desenvolvimento do espaço aéreo, a CAB ficaria

encarregue pela legislação, investigação de acidentes e regulação económica. A 30 de junho de

1956, o desastre aéreo do Grand Canyon, com uma colisão em pleno ar, revelaria graves deficiências

no sistema de monitorização do tráfego aéreo. Em consequência, o Presidente Dwight D. Eisenhower

decreta um avultado investimento na modernização do sistema de monitorização e controlo de

tráfego aéreo do país. Em 1958, assina o Federal Aviation Act, transferindo todas as funções da CAA

para uma nova entidade independente designada Federal Aviation Agency. Com a criação do

Department of Transportation em 1967, pelo Presidente Lyndon B. Johnson, a Federal Aviation

Agency torna-se numa das suas administrações operativas, passando a denominar-se Federal

Aviation Administation (FAA). Ao mesmo tempo, a função de investigar os acidentes ocorridos

transferia-se para a nova National Transportation Safety Board (NTSB). Tanto a FAA como a NTSB

mantêm-se em ativo até hoje. [FAA, 2008]

Paralelamente, outros organismos surgiram no panorama internacional com vista à regulação da

atividade aeronáutica, destacando-se a Internacional Civil Aviation Organization (ICAO) em 1947, no

rescaldo da Segunda Guerra Mundial, que conta atualmente com 191 Estados-membros e é

responsável pelo sistema de classificação de pavimentos aeroportuários ACN-PCN.


4

Dentro das competências da FAA inclui-se o desenvolvimento de orientações para a engenharia,

projeto e construção de aeródromos e aeroportos, publicadas sob a forma de Advisory Circulars

(ACs), na sua série 150. As ACs são documentos não vinculativos, produzidos e disponibilizados pela

FAA, que podem possuir um carácter informativo, descritivo ou direcional, com normas que a FAA

pretende ver implementadas pela indústria, operacionais ou público em geral.

É na referida série que se encontram as ACs publicadas ao longo dos anos pela FAA referentes ao

dimensionamento de pavimentos aeroportuários, designadas AC 150/5320-6[ ], Airport Pavement

Design and Evolution:

AC 150/5320-6, em 1964;

AC 150/5320-6A, em 1967;

AC 150/5320-6B, em 1974;

AC 150/5320-6C, em 1978;

AC 150/5320-6D, em 1995;

AC 150/5320-6E, em 2009.

Assim, o método de dimensionamento da FAA tem sofrido diversas alterações até chegar aos dias de

hoje, sendo que o surgimento de uma nova AC cancela a anterior, apesar destas estas poderem ser

revistas no seu período ativo. O dimensionamento da FAA tem o âmbito de servir aeroportos com

aviões acima de 13608 kg (30 000 lb), sendo os mais leves tratados num capítulo específico. Até à

AC 150/5320-6D, a implantação da metodologia era feita com recurso a ábacos com curvas de

dimensionamento. Com a AC 150/5320-6E, a implantação passou a ser feita com recurso a software.

Nos pontos seguintes, faz-se uma retrospetiva da metodologia de dimensionamento.

II.2. Metodologia Implantada por Ábacos

II.2.1. Quantificação da Ação do Tráfego

Historicamente, a quantificação das ações do tráfego nos pavimentos aeroportuários recorre ao

conceito de aeronave crítica.

Esta não seria necessariamente a aeronave mais pesada, mas aquela que requeria uma maior

espessura do pavimento, sendo função do seu peso bruto, do número de repetições previstas para a

sua descolagem e do tipo de trem de aterragem.

Após a sua definição, recorrendo às curvas de dimensionamento adequadas, as restantes aeronaves

da mistura de tráfego seriam convertidas na aeronave crítica segundo a Equação (2.1):

(

)

(2.1)


5

Em que,

o R1 - Descolagens equivalentes anuais da aeronave crítica;

o R2 - Descolagens anuais da aeronave em análise expressas com a configuração de trem da

aeronave crítica;

o W1 - Carga por roda da aeronave de crítica;

o W2 - Carga por roda da aeronave em análise.

A conversão do trem de aterragem de cada aeronave da mistura de tráfego para o da aeronave

crítica (parâmetro R2), é dada pela Equação (2.2):

(2.2)

Em que,

o Ndsc - Descolagens anuais da aeronave em análise;

o Mr - Número de rodas do trem principal da aeronave crítica;

o Nr - Número de rodas do trem principal da aeronave em análise.

O desenvolvimento da mesma, até um número máximo de 10 rodas, é exibido no Quadro II.1:

Quadro II.1: Fatores de conversão de trens de aterragem

Número de Rodas M

1 2 4 6 8 10

N

1

0,80 0,51 0,33 0,21 0,13

2 1,25

0,64 0,41 0,26 0,17

4 1,95 1,56

0,64 0,41 0,26

6 3,05 2,44 1,56

0,64 0,41

8 4,77 3,81 2,44 1,56

0,64

10 7,45 5,96 3,81 2,44 1,56

Todavia, os aviões do tipo wide body, em razão de apresentarem configurações do trem de

aterragem e pesos significativamente diferentes, requerem uma atenção especial neste processo,

uma vez que o mesmo foi idealizado para aeronaves comuns.

Desta forma, para manter os efeitos relativos, estes devem ser considerados como aeronaves de

tandem de roda dupla (2D) com 136100 kg (300 000 lb). Este procedimento deve ser sempre utilizado

ao calcular as descolagens equivalentes anuais, mesmo quando a aeronave crítica é também do tipo

wide body. [FAA, 1995] [FAA, 2006] [Veloso, 2007]

Na Figura II.1 apresenta-se a nomenclatura adotada pela FAA para as diferentes configurações de

trens de aterragem das aeronaves.

Na Figura II.2 apresenta-se esquematicamente alguns exemplos das mais comuns configurações de

trens de aterragem das aeronaves.


6

Figura II.1: Nomenclatura adotada pela FAA para o trem de aterragem das aeronaves (FAA, 2009)

Figura II.2: Exemplos de configurações correntes para o trem de aterragem (adaptado de FAA, 2009)


7

A FAA assume que 95% do peso bruto das aeronaves é suportado pelo trem principal das mesmas,

sendo os restantes 5% suportados pelo trem de nariz.

Os esforços transmitidos pelas rodas ao pavimento da pista são menores nas aterragens do que nas

descolagens devido ao inferior peso da aeronave resultante do consumo de combustível durante o

voo e da contribuição da força de sustentação das asas. Por esta razão, a FAA apenas considera os

movimentos de descolagem na quantificação da ação do tráfego.

Para fins de dimensionamento, utiliza o peso máximo de descolagem (MTOW) das aeronaves, o que

proporciona um certo grau de conservadorismo no cálculo, justificado pelo facto do tráfego previsto

ser no máximo aproximado.

Contudo, parte deste conservadorismo é anulado ao ignorar os movimentos de aterragem das

aeronaves, resultando num efeito compensatório. [FAA, 1995] [FAA, 2006]

II.2.2. Capacidade de Suporte da Fundação

A fundação de um pavimento é o conjunto de camadas onde este se encontra apoiado. As suas

funções incluem:

Durante a fase de construção: assegurar uma superfície regular e uma capacidade de

suporte que permita a construção da primeira camada do pavimento com a espessura e grau

de compactação pretendidos, bem como a drenagem da água e a traficabilidade dos

equipamentos de obra;

Durante a fase de exploração: assegurar a capacidade de suporte necessária para o bom

funcionamento estrutural do pavimento.

A fundação é constituída pelos terrenos naturais (maciço semi-infinito) e, eventualmente, por uma

camada de coroamento, designada por leito do pavimento, que funciona como uma camada de

transição entre o solo de fundação e o corpo do pavimento. A principal função desta camada é

melhorar e homogeneizar o comportamento da fundação, uma vez que a qualidade dos terrenos pode

oscilar de ponto para ponto.

A capacidade de suporte da fundação dos pavimentos é influenciada predominantemente pelas

características dos solos da parte superior das terraplenagens (até cerca de 1 m) e do leito de

pavimento. [InIR, 2009] [Branco et al., 2011]

Até 1967, com a AC 150/5320-6A, a FAA definia a capacidade de suporte da fundação com base

uma classificação de solos herdada à CAA, que consistia na divisão dos solos em 13 grupos, E-1 a E-

13 (solos com melhores para piores características, respetivamente), consoante a sua granulometria

e os seus limites de Atterberg. A cada grupo de solos correspondia uma classe de fundação, em que

era tido em conta o comportamento deste como fundação para diferentes condições de drenagem e

de ação do gelo. Em qualquer caso, os solos E-13 não seriam possíveis de utilizar como fundação.


8

No dimensionamento de pavimentos flexíveis, essas classes de fundação variavam de F1 a F10

(fundações com maior para pior capacidade de suporte, respetivamente), podendo, no entanto, ser de

classe Fa se as características da fundação fossem tão boas que dispensariam a utilização de sub-

base. De forma análoga, nos pavimentos rígidos admitiam-se as classes de fundação de Ra a Re,

sendo que a classe Ra prescindiria igualmente de sub-base.

Esta classificação viria a ser posteriormente abandonada, pois apesar de os seus critérios serem

indicadores da estabilidade inerente aos solos, não traduzem a variação do seu comportamento

quando sujeitos a um carregamento. [FAA, 1967] [FAA, 1974] [Veloso, 2007]

Deste modo, a AC 150/5320-6B já apresentava, para os pavimentos flexíveis sem gelo, uma

correlação entre as classes de fundação referidas e o ensaio California Bearing Ratio (CBR), como

indicado no Quadro II.2. No entanto, a FAA só adotou oficialmente o CBR como parâmetro de entrada

nos seus ábacos na AC 150/5320-6C. Em relação aos pavimentos rígidos, passou a recorrer ao

conceito de módulo de reação global (k).

Quadro II.2: Correlação entre as classes de fundação utilizadas pela FAA para pavimentos flexíveis até 1978 e o

ensaio CBR (FAA, 1974)

Classes de Fundação

Fa F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10

Intervalo do CBR (%)

≥ 20 16 20

13 16

11 13

9 11

8 9

7 8

6 7

5 6

4 5

3 4

O ensaio CBR mede a força necessária para fazer penetrar, a certa velocidade (1,3 mm/min), um

cilindro de aço de 50 mm de diâmetro, até uma determinada profundidade (2,5 – 5,0 mm), num

provete de solo compactado num molde e sujeito previamente a imersão em água durante 4 dias. O

respetivo índice, que é expresso em percentagem, é dado pelo quociente entre a força do ensaio e a

força determinada, nas mesmas condições do ensaio, para a penetração de uma amostra

normalizada. Este procedimento segue a norma ASTM D 1883 nos EUA.

Apesar do seu carácter empírico, o ensaio CBR originou um dos métodos de dimensionamento de

pavimentos mais conhecidos e divulgados a nível mundial. O método do CBR, que fornecia a

espessura do pavimento em função do referido índice, foi desenvolvimento originalmente por O.J.

Porter com base em ensaios realizados entre 1928 e 1929, pela California Division of Highways. No

seguimento da Segunda Guerra Mundial, os aeródromos militares foram pela primeira vez sujeitos a

cargas por roda excedendo as verificadas para as estradas, o que causou uma precoce ruína dos

pavimentos. A partir desse momento, procurou-se incluir a carga por roda como uma variável no

desenvolvimento de métodos de dimensionamento. Uma das principais adaptações que se verificou

para o método do CBR é a da U.S. Army Corps of Engineers. [Arnaldo, 2011] [Branco et al., 2011]

O módulo de reação k foi originalmente proposto por Winkler em 1867, sendo adotado

posteriormente por Westergaard como o parâmetro de resistência que caracteriza o suporte de uma


9

laje de betão. A “fundação winkleriana” corresponde a considerar o solo como um líquido denso,

modelando-o por uma série de molas independentes com comportamento elástico e linear. A rigidez

dessas molas é dada pela constante de proporcionalidade k entre a reação vertical do solo de

fundação e a deflexão da laje. Este modelo de fundação é conservativo, originando tensões teóricas

ligeiramente superiores às tensões reais. [Veloso, 2007] [Branco et al., 2011]

A obtenção de k pode ser executada com ensaios de placa de carga de 762mm de diâmetro,

conforme a norma AASHTO T 222, com unidades em MN/m3 (1pci=0,272MN/m

3). No entanto, a

utilização de uma sub-base (com uma espessura mínima de 102mm) amplificará o seu valor, que

será tanto maior quanto mais rígida esta for. Assim, a FAA propunha que o valor de k fosse

determinado previamente para a fundação, corrigindo-o seguidamente de forma a acomodar os

efeitos da sub-base.

De facto, não há um único valor para k, uma vez que a relação entre o carregamento e a deformação

de um solo não é linear, não sendo esta uma propriedade inerente ao solo. Para além das

características do carregamento, o seu tipo de estrutura, densidade, teor de humidade e pré-

carregamento vão condicionar esta relação. Seria necessário realizar diversos ensaios nas zonas de

projeto para obter uma gama de valores de k representativos. Outra hipótese é a realização de

correções em laboratório com base em amostras. Em qualquer dos casos, trata-se de um

procedimento demasiado caro e consumidor de tempo. [ACI, 2010]

Todavia, as equações de Westergaard não são demasiado sensíveis ao valor de k, pelo que um erro

no seu estabelecimento não altera significativamente as tensões obtidas. Consequentemente, a FAA

sugere que na impossibilidade de realizar o referido ensaio, poderia utilizar-se como referência as

relações aproximadas presentes no Quadro II.3, até um máximo recomendável de 500 pci. Uma

correlação similar foi proposta pela Portland Cement Association em 1988. [Veloso, 2007]

[FAA, 1978] [ACI, 2010]

Quadro II.3: Capacidade de suporte aproximada dos solos para utilização como fundação de pavimentos

(FAA, 1978)

Classificação Unificada de Solos

Solos Grossos Solos Finos

Cascalho Areia

GW GP GU GM GC SW SP SU SM SC ML CL OL MH CH OH

Intervalo do CBR (%)

60 80

35 60

25 50

40 80

20 40

20 40

15 25

10 20

20 40

10 20

5 15

5 15

4 8

4 8

3 5

3 5

Intervalo do k (pci)

≥ 300 200 - 300 100 - 200 50 - 100

Note-se ainda que, a partir da AC 150/5320-6C, a FAA recomendada o uso de sub-bases e bases

estabilizadas no dimensionamento de pavimentos novos que acomodem aviões com mais de

100 000lb (45 350kg), exceção feita a materiais granulares de elevada qualidade comprovada.


10

A fim de evitar a ocorrência de uma camada granular saturada no interior do pavimento, que causaria

uma dramática perda de resistência e um mau comportamento do mesmo, a FAA alerta que não

deverão ser utilizadas camadas granulares não estabilizadas entre camadas estabilizadas e,

portanto, impermeáveis. Este tipo de secção é designado como “sandwich”. [FAA, 1978] [FAA, 1995]

II.2.3. Curvas de Dimensionamento

II.2.3.1. Desenvolvimento

De acordo com a FAA, o dimensionamento de pavimentos aeroportuários é um problema complexo

de engenharia, uma vez que não só envolve um grande número de variáveis que interagem entre si,

sendo frequentemente difíceis de quantificar, como também está sujeito a um largo espectro de

carregamentos e efeitos climáticos. Assim, a resolução do mesmo deve ser baseada em modelos

teóricos de distribuição de cargas sobre pavimentos e solos, na análise de dados obtidos

experimentalmente e no estudo do comportamento de pavimentos em condições reais de serviço. Ao

longo dos anos, a FAA construiu ábacos com curvas de dimensionamento desenvolvidas através da

correlação de informação proveniente destas fontes. A metodologia assentava no método do CBR da

U.S. Army Corps of Engineers e no modelo analítico de Westergaard, no caso dos pavimentos

flexíveis e rígidos respetivamente, sendo que, até à AC 150/5320-6C, foram progressivamente

adaptados para responder da melhor forma às exigências verificadas.

Estes ábacos eram função da configuração do trem de aterragem da aeronave, fornecendo curvas de

dimensionamento gerais para trens de rodado simples (S), duplo (D) e duplo em tandem (2D), não

incidido num avião específico, mas num conjunto de características que conseguiam ser

representativas de todo o tráfego, exceto dos aviões wide body. O surgimento deste tipo aviões

representou uma mudança profunda em relação às aeronaves comuns, necessitando de ábacos

exclusivos. Assim, desde a AC 150/5320-6B, a FAA fornece ábacos para os aviões Boeing 747,

McDonnell Douglas DC-10 e Lockheed L-1011 Tristar. Em 1995, a AC 150/5320-6D introduziu novos

ábacos para os Airbus A300, Lockheed C-130 Hercules e os Boeing 757 e 767. [FAA, 1974]

[FAA,1978] [FAA, 1995]

Os pavimentos dimensionados a partir das referidas curvas e de acordo com os padrões definidos

pelas respetivas ACs visam um período de vida útil estrutural de 20 anos, ao fim do qual entram em

ruína se não houver uma anterior intervenção de reabilitação. Note-se que mesmo os pavimentos

correctamente dimensionados necessitam de uma manutenção contínua e proativa para satisfazer a

sua vida útil. Embora não se espere que seja significativa, caso o tráfego previsto não aumente

consideravelmente, admite-se que se possa ter de tomar medidas para manter a sua qualidade

funcional. [FAA, 2004]

Segundo a mesma, o estado de ruína de um pavimento flexível ocorre quando há uma rotura por

corte no solo de fundação que leve a uma depressão de 1” (2,54 cm) na superfície do pavimento.

Num pavimento rígido, a ruína é caracterizada pelo fendilhamento, a toda a espessura da laje, de

50% das lajes de betão. [FAA, 2004] [Arnaldo, 2011]


11

As leis de fadiga utilizadas pela FAA, que preveem a ruína do pavimento para um número máximo

admissível de repetições de um determinado carregamento, encontram-se embebidas na própria

implantação das suas metodologias de dimensionamento. Estas foram obtidas não só pela

observação de pavimentos em serviço, mas também por meio de diversos ensaios à escala real que

têm vindo a ser realizados desde a década de 1940 pela U.S. Army Corps of Engineers e pela

National Airport Pavement Test Facility (NAPFT). [FAA, 2004]

Em 1949, um estudo mostrou existir uma relação entre a espessura de pavimento a adotar e o

número de recobrimentos (coverages). Nos anos seguintes, o critério de dimensionamento aceite

consistia num período de vida útil de 5000 recobrimentos, correspondentes à categoria operacional

capacity para o pavimento de um aeródromo de acordo com a U.S. Army Corps of Engineers. Este

critério foi utilizado pela FAA até à AC 150/5320-6A, continuando, no entanto, a servir posteriormente

como uma referência. Devido ao intenso crescimento do tráfego existente, houve uma necessidade

de comportar um número cada vez maior de recobrimentos. [FAA, 1967] [FAA, 1974] [FAA, 2004]

[Veloso, 2007]

Por definição, um recobrimento ocorre quando um determinado ponto do pavimento experiência a

máxima resposta admissível induzida por uma dada aeronave. Uma vez que as aeronaves raramente

se movem numa trajetória perfeitamente reta ou ao longo do mesmo caminho repetidamente, existe

uma dispersão lateral do carregamento. Deste modo, o número de recobrimentos é inferior ao

número de passagens da aeronave, podendo demorar várias passagens até um ponto receber a

máxima aplicação da carga.

A equivalência entre as passagens e os recobrimentos é expressa pelos pass-to-coverage ratios

(P/C ratios) estabelecidos pela FAA nos Quadros II.4 e II.5. Estes foram obtidos estatisticamente,

assumindo uma distribuição normal e uma área de contacto do pneu à superfície do pavimento onde

a tensão é constante. Assim, o número de recobrimentos é determinado multiplicando o número de

descolagens anuais pelos anos de vida útil e dividindo pelo respetivo P/C ratio. O procedimento

anterior já se encontra considerado no desenho dos ábacos. [FAA, 1995] [FAA, 2012]

Quadro II.4: Fatores de conversão de recobrimentos / Pass-to-Coverage Ratios (FAA, 1995)

Curva de Dimensionamento Pavimentos Flexíveis Pavimentos Rígidos

Rodado Simples (S) 5,18 5,18

Rodado Duplo (D) 3,48 3,48

Rodado Duplo em Tandem (2D) 1,84 3,68

A300 Modelo B2 1,76 3,51

A300 Modelo B4 1,73 3,45

B-747 1,85 3,70

B-757 1,94 3,88

B-767 1,95 3,90

C-130 2,07 4,15

DC 10-10 1,82 3,64

DC 10-30 1,69 3,38

L-1011 1,81 3,62


12

Quadro II.5: Fatores de conversão de recobrimentos / Pass-to-Coverage Ratios (FAA, 2006)

Curva de Dimensionamento Pavimentos Flexíveis Pavimentos Rígidos

Rodado Duplo (D) 3,6 3,6

Rodado Duplo em Tandem (2D) 1,8 3,6

Rodado Triplo em Tandem (3D) 1,4 4,2

No desenvolvimento das curvas de dimensionamento dos pavimentos flexíveis, o método do CBR

baseava-se no conceito de uma equivalent single wheel load (ESWL). A ESWL é a carga de uma

roda simples que produz a mesma deflexão máxima que um carregamento de várias rodas. A área de

contacto da ESWL é a mesma que uma roda do respetivo conjunto de rodados. As deflexões são

calculadas através das equações de Boussinesq (meio elástico homogéneo, isotrópico e semi-

infinito). Assim, a Equação (2.3), desenvolvida para carregamentos de roda simples, permite

determinar a espessura de pavimento necessária para proteger o topo de uma camada não ligada

contra a rotura por corte.

√ { [

] [

]

[

]

} (2.3)

Em que,

o h - Espessura do pavimento, em polegadas;

o A - Área de contacto, em polegadas ao quadrado;

o α - Fator alpha;

o CBR - Índice CBR para a resistência do solo, em %;

o p - Pressão de contacto da ESWL, em libras por polegada ao quadrado.

Uma particularidade deste método prende-se com a utilização de fatores de redução da espessura do

pavimento, denominados fatores alpha. A sua introdução foi necessária, pois testes reportados por

Ahlvin et al. em 1971 mostraram que iguais deflexões não indicavam igual vida útil do pavimento.

Esta era superior quando a deflexão era produzida por conjuntos maiores de rodados.

Além disso, permitiram simultaneamente o ajuste da espessura para um número de recobrimentos

diferente de 5000. Como exemplo, para 10000 recobrimentos e 4 rodas, o fator alpha era 0,825,

enquanto para 2 rodas seria de 0,90, como ilustra a Figura II.3. Isto significa que apenas 82,5% da

espessura calculada inicialmente para o pavimento era necessária no caso das 4 rodas, mas no caso

das 2 rodas seria de 90%, apesar de ambas as configurações provocarem a mesma deflexão.

[Ahlvin et al., 1971] [FAA, 1978] [FAA, 2004] [Wardle et al., 2010]

No que diz respeito ao desenvolvimento das curvas de dimensionamento dos pavimentos rígidos, a

análise de Westergaard baseava-se na hipótese de carga junto a um bordo de uma laje de betão de

grandes dimensões. Este modelo permitia relacionar a tensão de tração em flexão, resultante de um

determinado carregamento, com a espessura da mesma, definindo o seu coeficiente de Poission (ʋ) e


13

módulo de Elasticidade (Ec), para além do módulo de reação global (k). Os valores adotados pela

FAA para o betão são de ʋ = 0,15 e Ec = 4000000 psi (1psi=0,0069MN/m2).

Note-se que a precisão do Ec é fundamental no cálculo de extensões, mas sua variação não

implicaria um erro significativo no cálculo de tensões. Para simular a existência de um mecanismo de

transferência de carga, a FAA admitia neste processo uma redução das tensões em 25%.

Figura II.3: Relação entre os fatores alpha e os recobrimentos (coverages) para diferentes números de rodas

para calcular ESWL (FAA, 1978)

Assim, o método de dimensionamento consistia na computação da espessura de pavimento que

suportasse 5000 recobrimentos para várias resistências do betão à flexão e valores de k. A tensão

permitida para 5000 recobrimentos é calculada dividindo a resistência do betão à flexão por 1.3

(análogo a um fator de segurança). A espessura do pavimento necessária para suportar 5000

recobrimentos é considerada como sendo 100% da espessura do pavimento. Para suportar outros

números de recobrimentos, a espessura do pavimento seria multiplicada por uma percentagem, de

acordo com a lei de fadiga ilustrada na Figura II.4.

É de salientar que qualquer outro número de recobrimentos poderia ter sido selecionado como o

100% de espessura, pois as posições relativas da curva de fadiga mantinham-se.

Dois tipos de ábacos diferentes eram disponibilizados: os ábacos de uso corrente, com curvas de

dimensionamento desenvolvidas a partir de cargas dispostas de forma tangente a uma bordo


14

longitudinal ou perpendicular a um bordo transversal, conforme produza a maior tensão, e os ábacos

de uso opcional, com cargas colocadas na diagonal que produza a maior tensão, uma vez que, em

alguns casos, esta poderia ser a situação mais desfavorável.

Figura II.4: Lei de Fadiga a partir de um dimensionamento para 5000 recobrimentos (adaptado de FAA, 1978)

Refira-se ainda que nas primeiras ACs os ábacos sobre pavimentos rígidos da FAA baseavam-se na

hipótese de carga no centro da laje. Contudo, a experiência mostrou que praticamente todas as

fendas iniciavam-se nos bordos e migravam para o interior da laje, uma vez que os esforços são

superiores nos bordos do pavimento. [FAA, 1967] [FAA, 1978] [FAA, 2004]

II.2.3.2. Utilização

O dimensionamento dos pavimentos flexíveis é realizado introduzindo, no ábaco referente à aeronave

crítica, o valor do CBR da fundação (%), o MTOW (lb) e o número total de descolagens anuais

equivalentes, do qual resultava a espessura total do pavimento.

A obtenção da espessura das diferentes camadas é feita fazendo entrar, no mesmo ábaco, o valor do

CBR da sub-base. Desta forma, obtém-se, por diferença, a espessura da sub-base e do conjunto

camada de base e camadas betuminosas, sendo que cada uma destas deve respeitar uma

espessura mínima.

As espessuras encontradas para a sub-base e base são para os materiais standard da FAA, P-154

(CBR = 20) e P-209 (CBR = 80), respetivamente. O uso de materiais de qualidade superior é feito

dividindo as espessuras por fatores de equivalência.

Não obstante, há que ter em conta que a nova espessura total do pavimento não deverá ser inferior à

que resultaria de entrar nos ábacos com uma fundação de CBR = 20.


15

O dimensionamento dos pavimentos rígidos tem a particularidade de ser realizado apenas para a laje

de betão, estando, como referido anteriormente, a espessura da sub-base diretamente relacionada

com o valor do módulo de reação k introduzido.

Os custos de aumentar a espessura da sub-base ou usar um material de maior qualidade devem ser

comparados com a poupança feita na espessura da laje de betão.

Posto isto, a espessura da laje de betão seria calculada, de forma análoga aos pavimentos flexíveis,

introduzindo, no ábaco referente à aeronave crítica, o valor de k (pci), o MTOW (lb), o número total de

descolagens anuais equivalentes e a tensão de rotura por tração em flexão (psi). [FAA, 1978] [Veloso,

2007]

A título de exemplo, apresenta-se no Anexo A os ábacos para a configuração de trem de aterragem

duplo em tandem (2D).

Qualquer um dos ábacos possui um número máximo de descolagens anuais de 25000. No entanto,

existem aeroportos com volumes de tráfegos mais elevados. Nestes, a FAA sugere que espessura de

pavimento obtida para esse máximo deverá ser aumentada segundo uma percentagem dada pela

Equação (2.4). Este aumento, no caso dos pavimentos flexíveis, deverá contemplar 1” (2,54 cm) na

camada de desgaste.

( (

)) (2.4)

Em que,

o h: Espessura do pavimento;

o h25000: Espessura do pavimento para 25000 descolagens;

o R1 - Descolagens equivalentes anuais da aeronave crítica.

Note-se ainda que, devido à intensidade do tráfego, a qualidade da construção é de superior

importância, pois efetuar operações de manutenção torna-se quase impossível sem causar enormes

prejuízos.

Os dimensionamentos da FAA são sempre efetuados para as áreas sujeitas à canalização dominante

do tráfego, denominadas áreas críticas. Nas áreas não críticas, admite-se que possa haver uma

redução da espessura do pavimento, conforme o Anexo B, resultando numa secção transversal

variável. Isto permite uma redução da quantidade de material necessário para as camadas de

pavimentação. Porém, a construção associada torna-se mais complexa, pelo que estes custos

adicionais podem negar qualquer poupança realizada ao nível dos materiais.

Dado que a fundação fica sempre à cota de construção, a espessura da sub-base seria ajustada na

medida do necessário para não haver descontinuidades à superfície que dessem origem a problemas

de drenagem superficial. [FAA, 1995] [Veloso, 2007] [FAA, 2009] [Igual, 2011]


16

II.3. Metodologia Implantada por Software

II.3.1. Novo Paradigma

O contínuo progresso da indústria aeronáutica levou a que a nova geração de grandes aeronaves

civis apresentasse tipologias de trem de aterragem cada vez mais complexas e variadas para

suportar pesos cada vez mais elevados.

O Boeing B777-ER, que entrou em exploração comercial no ano de 2004, possui um trem de

aterragem 3D para um peso bruto de até 340 195 kg (750 000 lb). Já o Airbus A380, de 2006, possui

um peso bruto de cerca de 589 672 kg (1 300 000 lb) distribuído por um trem principal com um total

de vinte rodas, com mais duas no trem de nariz (2D/3D2).

As cargas transmitidas por estes novos aviões aos pavimentos aeroportuários são bastante diferentes

das cargas transmitidas pelas aeronaves de gerações anteriores.

Estas configurações de rodados em triplo tandem duplo excedem a capacidade de previsão de

dimensionamento da metodologia anterior, que incorpora algum empirismo e tem uma capacidade

limitada de acomodar novas aeronaves e arranjos dos rodados.

Com o surgimento da configuração 3D no Boeing 777, verificou-se que, devido ao elevado grau de

interação entre os carregamentos individuais das rodas, o dimensionamento com base no método do

CBR, no qual o cálculo recorria a uma ESWL que assumia todas as camadas do pavimento com a

mesma rigidez, resultava em espessuras excessivamente elevadas e, consequentemente,

conservadoras para os pavimentos. [FAA, 2004]

A ênfase voltou ao desenvolvimento do fator alpha, que, até 1995, era de 0,788 para 10000

recobrimentos de um trem de aterragem com 6 rodas (Figura II.3). Uma reanálise dos dados da U.S.

Army Corps of Engineers por parte da ICAO sugeriu que o mesmo deveria ser de aproximadamente

0,72. No entanto, em todas as análises de dados para o desenvolvimento destes fatores, estes não

eram função do valor do CBR como se preconizava. Só mais tarde, em 2003, Gervais et al.

desenvolveu um trabalho nesta matéria. [FAA, 2004] [Gervais et al., 2003]

Para mais, a consideração de uma aeronave crítica implica que os trens de aterragem de toda a

mistura de tráfego fiquem à mesma distância do eixo da pista, o que poderá ocasionar erros

consideráveis, uma vez que a elevada variabilidade dos mesmos poderá levar à solicitação de zonas

muito diversas. [Silva, 2009]

No mesmo ano de 1995 e com vista a servir especificamente o novo Boeing 777, a FAA publica a AC

150/5320-16, que incorpora o software Layered Elastic Design Federal Aviation Administration

(LEDFAA). Este programa de cálculo automático consiste num método empírico-mecanicista de

dimensionamento de pavimentos flexíveis e rígidos, cujos esforços são obtidos por um modelo

estrutural multi-camadas baseado na teoria da elasticidade (comportamento elástico e linear),

desenvolvido pela FAA e denominado LEAF.


17

Consequentemente, a capacidade de suporte da fundação passa a ser definida por um módulo de

deformabilidade, bem como a tarefa de escolher fatores de equivalência para os materiais das

diferentes camadas do pavimento é substituída pela caracterização direta das mesmas pelos

respetivos módulos.

As principais simplificações associadas a este modelo são [FAA, 2004] [Branco et al., 2011]:

As propriedades dos materiais são homogéneas e isotrópicas;

Cada camada, excetuando a fundação, tem uma espessura finita;

Todas as camadas são uniformes e têm uma dimensão infinita na direção transversal;

As cargas são verticais.

A introdução destas novas aeronaves impulsionou a necessidade de realizarem-se novos ensaios à

escala real para melhorar as metodologias de dimensionamento de pavimentos. É importante realçar

que apenas um conjunto completo de ensaios à escala real estavam disponíveis, consistindo em 37

ensaios conduzidos pela U.S. Army Corps of Engineers.

Em 1999, a criação da NAPFT, localizada no centro técnico da FAA William J. Hughes, no Aeroporto

Internacional Atlantic City (New Jersey), tinha o objetivo primordial de responder às questões

levantadas por estas aeronaves de nova geração, realizando ensaios até 6 rodas. Note-se ainda que,

havendo apenas estes ensaios, todos os métodos de dimensionamento de pavimentos aeroportuários

correntes usam os mesmos dados empíricos, apesar de terem formas diferentes de os interpretar.

[Wardle et al., 2010]

Em 2004, a terceira atualização feita à AC 150/5320-6D, permite que o LEDFAA na sua versão 1.3,

resultado destes novos ensaios, seja usado como um método alternativo de dimensionamento para

qualquer tipo de aeronave, cancelando a AC 150/5320-16, cujo conteúdo é transposto para um novo

capítulo (Chapter 7. Layered Elastic Pavement Design) da AC 150/5320-6D. [FAA, 1995]

[LEDFAA, 2004]

O LEDFAA marca uma alteração bastante significativa na filosofia de dimensionamento da FAA, pois

não só substitui os ábacos por um processo computadorizado, como também substitui o conceito de

aeronave crítica pela inclusão de toda a mistura de tráfego real, sendo o dimensionamento feito de

acordo com a contribuição de cada uma das aeronaves para um fator cumulativo de dano –

Cumulative Damage Factor (CDF) – segundo a regra de Miner.

A terminologia widebody é eliminada.

Assim, o comportamento dos pavimentos flexíveis deixa de ser analisado em termos de deflexões. Os

novos critérios de ruína adotados pela FAA, i.e., situações limite em relação às quais os pavimentos

são analisados para os métodos empírico-mecanicistas, são: [LEDFAA, 2004] [FAA, 2004]

[Branco et al., 2011]:


18

No caso dos pavimentos flexíveis,

Deformação Permanente (assentamento excessivo à superfície do pavimento), controlada

pela extensão vertical no topo da fundação;

Fadiga (fendilhamento excessivo com início nas zonas mais tracionadas da camada

betuminosa), controlada pela extensão horizontal na base da camada betuminosa.

No caso dos pavimentos rígidos,

Fadiga (fendilhamento excessivo da laje de betão), controlada pela tensão horizontal na base

da laje de betão.

O mais recente método de dimensionamento de pavimentos aeroportuários adotado pela FAA surgiu

em 2009 com a publicação da AC 150/5320-6E, consistindo na utilização do software Federal

Aviation Administration Rigid and Flexible Iterative Elastic Layered Design (FAARFIELD), que,

similarmente, efetua o cálculo automático das espessuras das diferentes camadas que compõem os

pavimentos e da vida residual estrutural (opção Life) dos mesmos.

As alterações do FAARFIELD relativamente ao anterior LEDFAA 1.3 foram essencialmente internas,

não modificando a interface do software (Figura II.5) e o seu funcionamento geral do ponto de vista

do utilizador (Figura II.6).

Figura II.5: Interface do software FAARFIELD


19

Figura II.6: Estrutura interna do LEDFAA 1.3 e do FAARFIELD (FAARFIELD, 2009)

Assim, as principais diferenças entre o LEDFAA 1.3 e o FAARFIELD consistem em:

No caso dos pavimentos flexíveis,

Melhoramento da rotina de P/C ratio, passando a ter em conta a profundidade em que se

encontra o topo da fundação, seguindo o conceito de área efetiva do pneu (Anexo C);

Dimensionamento automático também da base para material P-209 sobre P-154;

Permite a reabilitação do pavimento com camada betuminosa sobre rubblized

Portland Cement Concrete (PCC).

No caso dos pavimentos rígidos,

Dimensionamento feito com base num modelo de elementos finitos tridimensionais (NIKE3D);

Completa revisão das leis de fadiga, em resultado de novos ensaios realizados à escala real

pela NAPTF;

Reescrita e melhoramento dos algoritmos de reabilitação.

De modo geral,

Expansão e atualização da biblioteca interna de aeronaves disponíveis, incluindo novos

modelos e características mais próximas da realidade;

Área de contacto dos pneus permanece constante para as aeronaves, sendo ajustada

automaticamente a pressão dos pneus em função do peso bruto das aeronaves.


20

As leis de fadiga incorporadas no FAARFIELD para os critérios de ruína de pavimentos flexíveis, que

também transitam do LEDFAA 1.3, são dadas pelas Equações (2.5) e (2.6) para a deformação

permanente e pela Equação (2.7) para a fadiga, em que esta última é baseada no modelo de

Heukelom & Klomp:

(

)

(2.5)

(

)

(2.6)

(2.7)

Em que,

o N - Número de recobrimentos para a ruína;

o - Máxima extensão vertical no topo da fundação;

o - Máxima extensão horizontal na base da camada betuminosa;

o - Módulo de deformabilidade da camada betuminosa, em libras por polegada ao quadrado.

No caso dos pavimentos rígidos, as mesmas introduzem o conceito de SCI (Structural Condition

Index), definido como a componente estrutural do PCI (Pavement Condition Index), onde 100%

representa a entrada em serviço do pavimento e 80% a sua ruína. Apesar das vantagens que a FAA

vê nesta abordagem, o conceito de SCI para os pavimentos flexíveis ainda não está bem

estabelecido. Além disso, é usado nos pavimentos rígidos um parâmetro adicional de calibração,

equivalente a multiplicar as tensões obtidas por 1,13, que não resulta dos novos ensaios à escala

real, mas da comparação com a AC 150/5320-6D. [FAA, 2004]

Assim, o FAARFIELD passa a fazer uso de dois modelos estruturais – LEAF e NIKE3D – sendo

apenas o segundo novidade, uma vez que o LEAF já era utilizado pelo LEDFAA 1.3, mantendo-se a

formulação do dimensionamento de pavimentos flexíveis praticamente inalterada. Os ficheiros de

entrada (malha elementos finitos tridimensionais) do NIKE3D são gerados por um outro programa

incorporado no FAARFIELD e dominado INGRID.

Em dezembro de 2006, a ICAO publicou uma atualização dos fatores alpha com base nos mais

recentes dados empíricos disponíveis (ensaios à escala real para 4 e 6 rodas da NAPFT e posterior

extrapolação para 8, 12, 18 e 24 rodas). Apesar do método de dimensionamento de pavimentos da

FAA já não necessitar destes fatores, uma vez que transitou para um modelo de multi-camadas

elásticas e lineares, estes continuam a ser necessários para manter a consistência do método do

CBR da U.S. Army Corps of Engineers, que ainda é usado no cálculo do sistema de classificação

ACN-PCN da ICAO. A FAA também desenvolveu um software denominado COMFAA (AC 150/5335-

5, Standardized Method of Reporting Airport Pavement Strength - PCN) que segue os procedimentos

especificados pela ICAO, incorporando os novos fatores alpha. [Hayhoe, 2006]


21

A utilização do modelo de elementos finitos tridimensionais (NIKE3D) justifica-se pelo facto de quer o

modelo de Westergaard, quer o modelo multi-camadas (LEAF), não conseguirem modelar

corretamente o funcionamento dos pavimentos rígidos, nomeadamente ao nível da existência de

bordos, onde os esforços são críticos, juntas ou mecanismos de transferência de cargas.

Em ambos os casos, a compensação feita por adaptações é insatisfatória do ponto de vista teórico e

não extensível a novos tipos de aeronaves.

No entanto, o LEAF continua a ser usado como uma forma de pré-dimensionamento dos pavimentos

rígidos, sendo o NIKE3D somente utilizado nas iterações finais. Esta opção tem como objetivo reduzir

o tempo de cálculo, evitando-se a computação do modelo de elementos finitos para valores distantes

dos valores finais de dimensionamento.

A comparação entre os softwares mostra que, em média, a espessura da laje de betão obtida através

do FAARFIELD é significativamente inferior à obtida com recurso ao LEDFAA 1.3. [Kawa et al., 2007]

[FAARFIELD, 2009] [Brill, 2012]

O Quadro II.6 sumariza as mudanças ocorridas na metodologia de dimensionamento da FAA da

anterior AC 150/5320-6D (1995) para a atual AC 150/5320-6E (2009).

Quadro II.6: Síntese das alterações ocorridas na metodologia de dimensionamento de pavimentos

aeroportuários da FAA com a publicação da nova AC 150/5320-6E (adaptado de Brill, 2012)

AC 150/5320-6D AC 150/5320-6E

Implementação Ábacos com curvas de dimensionamento Software FAARFIELD

Ação do Tráfego Aeronave crítica CDF para a mistura de tráfego

Modelo de Resposta

Pavimentos Flexíveis

Boussinesq para obter ESWL Multi-camadas elásticas e lineares

(LEAF)

Pavimentos Rígidos

Westergaard com hipótese de carga junto ao bordo

Elementos finitos tridimensionais (NIKE3D)

Método de Dimensionamento

Pavimentos Flexíveis

U.S. Army Corps of Engineers CBR com fatores alpha

Lei de Fadiga que relaciona os recobrimentos para uma resposta

adequada à ruína: extensão vertical no topo da fundação e extensão horizontal na base das camadas

betuminosas

Pavimentos Rígidos

Aplicação de uma percentagem à espessura resultante de um

dimensionamento básico para 5000 recobrimentos

Lei de Fadiga que relaciona os recobrimentos para uma resposta

adequada à ruína: tensão horizontal na base da laje de betão


22

A FAA aponta que estes softwares produzem dimensionamentos compatíveis com as metodologias

anteriores para as aeronaves existentes na época. De facto, o legado deixado pelos ábacos é tido em

conta no ajuste destes novos procedimentos, uma vez que os mesmos sempre geraram bons

resultados até ao surgimento desta nova geração de aeronaves com triplo tandem duplo. [FAA, 2004]

[FAARFIELD, 2009]

No entanto, e embora a projeção de uma vida útil estrutural diferente de 20 anos constitua um desvio

aos padrões da FAA, ambos os softwares têm a capacidade de considerar outros intervalos de tempo

para a vida útil dos pavimentos. [FAA, 2009]

É preciso ainda ter em mente que apesar dos procedimentos baseados em modelos multi-camadas e

em elementos finitos tridimensionais serem normalmente considerados mecanicistas e mais racionais

que os procedimentos anteriores, continua a ser requerido um considerável julgamento técnico. Os

softwares não satisfazem automaticamente todas as exigências e recomendações das ACs, que

devem ser seguidas e usadas de forma conjunta. [FAARFIELD, 2009]

II.3.2. Capacidade de Suporte da Fundação

Apesar de no método empírico-mecanicista todo o cálculo estrutural recorrer ao uso de um módulo de

deformabilidade, a FAA continua a definir o CBR e o AASHTO T 222 (k) como os ensaios padrão

para avaliar a resistência dos solos.

Assim, a capacidade de suporte da fundação deve ser representada pelos respetivos parâmetros,

que serão convertidos automaticamente pelo FAARFIELD segundo as Equações (2.8) e (2.9).

Destas resulta a Equação (2.10), que fornece uma conversão aproximada entre o valor de CBR e de

k. Note-se que, neste método, o dimensionamento já é sensível ao valor de k.

(2.8)

(2.9)

(

)

(2.10)

Em que,

o E - Módulo de deformabilidade, em psi;

o CBR - Índice CBR para a resistência do solo, em %;

o k - Módulo de reação global, em pci.

Para os pavimentos já existentes, poderá introduzir-se diretamente no FAARFIELD o valor de E, que

é obtido por um processo de retro-análise de ensaios de carga “in situ” com um defletómetro de

impacto (FWD: Falling Weight Deflectometer, na terminologia inglesa) (AC 150/5370-11). [FAA, 2009]


23

Consoante a sua robustez, existem diferentes variantes ao equipamento FWD, distinguindo-se os

modelos portáteis ou ligeiros e os pesados.

A sua realização implica a queda de uma massa a partir de uma determinada altura, transmitindo

uma força ao pavimento através de uma placa rígida, medindo-se, simultaneamente, os

deslocamentos verticais da superfície nos pontos de apoio de um conjunto de acelerómetros.

A cada acelerómetro corresponde um valor de deflexão que reflete a contribuição específica dum

certo conjunto de camadas do pavimento.

Deste modo, este tipo de ensaio não é destrutivo.

Durante o ensaio é ainda medida a temperatura da superfície do pavimento.

Após a realização destes ensaios e recolhida a informação descrita, torna-se necessário fazer o

tratamento estatístico dos dados obtidos, no sentido de estabelecer zonas do pavimento uniformes do

ponto de vista da capacidade de carga e, dentro de cada uma, o local mais representativo.

Esta tendência de caracterizar a capacidade de suporte dos solos de fundação dos pavimentos por

um módulo de deformabilidade que traduzisse a relação entre a pressão aplicada e os

assentamentos ou entre as tensões e extensões instaladas surgiu devido à precoce perceção da

diferença existente entre o carregamento aplicado ao solo no ensaio CBR e o provocado pelo tráfego

através do pavimento.

No CBR, a velocidade de deformação do solo é menor, mas a deformação total é muito maior e

permanente, traduzindo-se por uma rotura do solo por corte, em torno do cilindro do ensaio.

No caso da ação do tráfego, a carga é aplicada rapidamente, distribuindo-se por uma área maior,

sendo que a deformação do solo, por adensamento, é muito menor e, em grande parte, recuperável

quando a carga é retirada.

Assim, de um modo geral, procura-se medir a componente elástica da deformação do pavimento,

uma vez que em pavimentos corretamente dimensionados a componente plástica (deformação

permanente) é desprezável face à elástica.

Ensaios em laboratório, como o de compressão triaxial com carregamentos cíclicos, têm vindo a ser

usados para obter o valor de E, mas a aplicação dos seus resultados tem sido limitada pela

dificuldade de os relacionar com os valores obtidos em obra.

Consequentemente, tem havido uma preferência pela determinação dos módulos “in situ”.

O conhecimento deste módulo tornou-se fundamental para o dimensionamento dos pavimentos por

métodos empírico-mecanicistas, que se desenvolveram pela segunda metade do século XX e são

atualmente largamente aplicados, como o método da Shell e da Universidade de Nottingham.

[Branco et al., 2011]


24

II.3.3. Bibliotecas do FAARFIELD

II.3.3.1. Aeronaves

O FAARFIELD dispõe na sua biblioteca interna de um conjunto de 190 modelos de aeronaves

repartidas em seis grupos:

Genéricos;

Airbus;

Boeing;

Outros comerciais;

Aviação Geral;

Militares.

Cada modelo é único, sendo que o software define por defeito as características da aeronave: peso

máximo na descolagem, configuração do trem de aterragem, pressão dos pneus e distribuição da

carga (Figura II.7). O utilizador tem a liberdade de poder ajustar para cada aeronave da mistura de

tráfego o peso máximo na descolagem, dentro de uma determinada latitude, bem como o número de

descolagens anuais efetuadas e a respetiva taxa de crescimento.

Figura II.7: Janela de visualização das características das aeronaves no FAARFIELD

O número máximo de aeronaves permitido na mistura de tráfego é de 40. Certas aeronaves com trem

interior (por exemplo, a série A340) são tratadas automaticamente com duas entradas na mistura de

tráfego, distinguindo-se este carregamento do trem principal. Por meio de uma biblioteca externa, o


25

FAARFIELD permite ainda ao utilizador definir novas aeronaves através da edição de um ficheiro

XML. [FAARFIELD, 2009] [Mitchell, 2009]

II.3.3.2. Materiais

Os materiais padrão disponíveis no FAARFIELD (Figura II.8 e Quadro II.7) são definidos por itens

presentes na AC 150/5370-10F, Standards for Specifying Construction Of Airports. O pressuposto é

que se as camadas dos pavimentos forem construídas de acordo com as normas da FAA, terão

propriedades uniformes e previsíveis, caracterizadas por um módulo de deformabilidade. Esta é

também a justificação para a definição automática do módulo de deformabilidade de cada um desses

materiais.

Figura II.8: Materiais disponíveis para as camadas do pavimento no FAARFIELD

Quadro II.7: Propriedades dos materiais padrão do FAARFIELD (adaptado de Brill, 2013)

Item Descrição do Material E (MPa) Coeficiente de Poisson

P-401 HMA Surface/Overlay 1379 0,35

P-403 HMA Base 2758 0,35

P-501 Portland Cement Concrete 27580 0,15

P-306 Econocrete Base 4826 0,20

P-304 Cement-Treated Base 3447 0,20

P-301 Soil-Cement Base 1724 0,20

P-209 Crushed Aggregate Base Computado 0,35

P-208 Aggregate Base Computado 0,35

P-154 Subbase Course Computado 0,35

As camadas granulares estabilizadas podem ter o seu módulo estabelecido dentro de um intervalo,

caso não sejam definidas por nenhum dos itens (Variable). O utilizador pode ainda considerar

camadas com materiais indefinidos (Undefined), sobre os quais tem uma total liberdade para escolher

o módulo de deformabilidade, sendo o coeficiente de Poisson de 0,35.


26

A espessura mínima de uma camada Undefined é de 2” (5,08 cm).

Nestes casos, ocorrerá uma caixa de texto a alertar que a estrutura não está segundo os padrões da

FAA (Non-Standard Structure). Esta situação pode ocorrer devido a:

Indisponibilidade local de materiais padrão da FAA;

Localização internacional (fora dos USA);

Reabilitação de um pavimento existente danificado ou fora do padrão;

Consideração de efeitos sazonais;

Especificações desencontradas entre a AC 150/5320-6E e o FAARFIELD.

Não há nenhuma orientação oficial para o uso de materiais não padronizados pela FAA, sendo que

cada material deve ser avaliado caso a caso. [FAARFIELD, 2009] [Brill, 2013]

II.3.4. Fator Cumulativo de Dano

O processo de dimensionamento dos softwares da FAA (LEDFAA e FAARFIELD) é realizado

iterativamente com base no dano provocado ao pavimento por cada aeronave da mistura de tráfego

até atingir-se um total acumulado que provoca a sua ruína.

Deste modo, cada aeronave contribui com uma percentagem para o fator cumulativo de dano (CDF),

permitindo-se, assim, considerar as características únicas do carregamento de cada aeronave, bem

como a diferente localização do trem principal de cada uma destas em relação ao eixo da pista

(Figura II.9).

Este conceito também é usado noutros softwares de dimensionamento de pavimentos aeroportuários.

Figura II.9: Distância ao eixo da pista do trem principal de diferentes aeronaves (Brill, 2012)


27

Para uma única aeronave com partidas anuais constantes, o CDF é expresso pela Equação (2.11),

desenvolvida como se segue:

(2.11)

O somatório dos danos provocado por todas as aeronaves é feito de acordo com a regra de Miner,

onde os efeitos de cada aeronave sobrepõem-se linearmente, ou conforme a Equação (2.12):

∑

(2.12)

Em que,

o CDFi - CDF de cada aeronave da mistura de tráfego.

o Na - Número de aeronaves na mistura de tráfego;

Na execução do FAARFIELD, a secção transversal do pavimento é dividida em 82 secções de 10”

(25,4 cm), em que o CDF é calculado no centro de cada uma destas. O CDF crítico para o

dimensionamento é o máximo valor obtido. O P/C ratio é computado para cada secção com base

numa distribuição normal com um desvio padrão de 30,435” (77,3 cm) (Figura II.10).

Figura II.10: Conceito de Fator Cumulativo de Dano (Brill, 2012)


28

Aeronaves com a mesma configuração de trem de aterragem, mas com dimensões diferentes do trem

principal, vão ter diferentes P/C ratios em cada secção.

A remoção de uma aeronave que provoque uma menor tensão ou extensão pode ter consequências

desprezáveis, dependendo do número de descolagens e do quão próximo estão os trens de

aterragem.

O valor do CDF representa a fração da vida útil estrutural do pavimento consumida pelo

carregamento imposto pela mistura de tráfego (Quadro II.7).

Quadro II.8: Vida útil estrutural dos pavimentos com base no CDF

CDF Descrição

1 O pavimento atinge a vida útil projetada

<1 O pavimento dispõe de mais vida útil que a projetada e o CDF dá a fração consumida

>1 O pavimento não atinge a vida útil projetada e entrará em ruína

Consequentemente, o dimensionamento é feito para atingir-se um CDF igual a 1.

Um valor superior não significa necessariamente que o pavimento não suporte mais o tráfego, mas

que, dentro das premissas assumidas para as propriedades dos materiais e segundo os critérios de

ruína definidos no método de dimensionamento, este atingirá precocemente a ruína, encontrando-se

subdimensionado, e, portanto, não satisfazendo a vida útil projetada. De forma análoga, para um

valor inferior, o pavimento encontra-se sobredimensionado.

O FAARFIELD exibe dois campos de informações distintos para o CDF.

O “CDF Contribution” lista a contribuição das aeronaves para o CDF crítico. Este campo deve somar

1 para o dimensionamento estar concluído, apesar de devido a erros de arredondamento e

tolerâncias internas poder ser ligeiramente superior ou inferior a 1.

O “CDF Max for Airplanes” lista o máximo CDF sobre todos os CDF calculados para as aeronaves,

podendo ou não ser o crítico para o dimensionamento. A soma destes valores deve ser igual ou

superior a 1 para o dimensionamento estar concluído.

Visto que os pavimentos flexíveis dispõem de dois critérios de ruína, dois CDF coexistem. No entanto,

por defeito, o FAARFIELD considera somente o CDF para a deformação permanente, pois, de acordo

com a FAA, é este critério que condiciona a grande parte dos dimensionamentos.

O utilizador tem uma opção que permite também computar o CDF para a fadiga, retirando a selecção

da caixa “No HMA CDF” na janela options.

Esta constitui uma boa prática para averiguar se este CDF é inferior a 1.

Caso não seja, será necessário ajustar as camadas de base e sub-base para que no

dimensionamento final não seja a camada betuminosa a primeira a atingir a ruína.


29

O FAARFIELD reconhece 7 diferentes tipos de estruturas para os pavimentos:

(1) Pavimento Flexível Novo;

(2) Pavimento Rígido Novo;

(3) Reabilitação com camada betuminosa sobre Pavimento Flexível;

(4) Reabilitação com camada de betão sobre Pavimento Flexível;

(5) Reabilitação com camada betuminosa sobre Pavimento Rígido;

(6) Reabilitação com camada de betão desligada sobre Pavimento Rígido;

(7) Reabilitação com camada de betão parcialmente desligada sobre Pavimento Rígido (Non-

Standard Structure na AC 150/5320-6E).

Quando uma camada do tipo Undefined encontra-se presente na estrutura do pavimento, o tipo de

estrutura admitida pelo FAARFIELD varia consoante as duas camadas do topo do pavimento, como é

apresentando no Quadro II.9.

Quadro II.9: Procedimento de dimensionamento executado pelo FAARFIELD quando existe uma camada com

materiais indefinidos (undefined) na estrutura do pavimento (adaptado de FAARFIELD, 2009)

Primeira Camada Segunda Camada Tipo de Estrutura

Undefined HMA Surface (3)

Undefined PCC Surface (5)

Undefined Qualquer Overlay Não Válido

Undefined Qualquer uma Exceto as Acima (1)

HMA Surface Undefined (1)

PCC Surface Undefined (2)

HMA Overlay Undefined (3)

PCC Overlay Undefined (4) = (2)

Para (1), (2) e (3), o dimensionamento é efetuado de acordo com o seguinte procedimento geral:

Cálculo da tensão ou extensão na camada de interface da estrutura, conforme o critério de

ruína, para cada aeronave da mistura de tráfego;

Aplicar os valores obtidos às leis de fadiga para obter o número de recobrimentos

admissíveis para cada aeronave;

Encontrar a razão entre os recobrimentos que solicitam a estrutura e os admissíveis,

resultando no CDF de cada aeronave;

Adicionar os CDF de cada aeronave para encontrar o CDF da estrutura;

Ajustar a espessura da camada prescrita até atingir-se um CDF para a estrutura de 1

(aumentar a espessura diminui o CDF).

No caso da reabilitação de um pavimento rígido com uma camada de betão ligada e de (4), estes são

tratadas do mesma forma que (2).

Por não encontrar-se na AC, a estrutura (7) encontra-se, por defeito, desativada. Se o utilizador

pretender usar, deve selecionar a caixa “Enabled” na janela options.


30

A camada prescrita pelo FAARFIELD para os pavimentos flexíveis é a sub-base, enquanto para os

pavimentos rígidos é a laje de betão.

Em todas as situações de reabilitação é a própria camada de reabilitação que será ajustada.

Para a reabilitação sobre pavimentos rígidos (estruturas (5) (6) e (7)), o dimensionamento é de todo

semelhante quer em termos de definição da ação do tráfego e da estrutura do pavimento, quer em

termos de execução do software. No entanto, o procedimento requer mais etapas, pois é considerada

a deterioração do pavimento existente (SCI). [FAA, 2009] [FAARFIELD, 2009]


31

III. APLICAÇÃO DO FAARFIELD AOS CASOS DE ESTUDO

III.1. Considerações Iniciais

III.1.1. Elementos base

Neste capítulo será aplicado o FAARFIELD às pistas (RWY – runways) de dois aeroportos nacionais

de perfil distinto, quer em termos de tráfego, quer em termos de estrutura do pavimento:

o Aeroporto de Lisboa (ALS/LIS) e o Aeroporto de Faro (AFR/FAO).

No presente âmbito, foram disponibilizados os seguintes elementos base para cada um dos

aeroportos em estudo relativos ao ano de 2013:

Relatório da campanha de ensaios dos pavimentos - Fase III - SGPA;

Tráfego anual por pista e por tipo de aeronave;

Taxa de crescimento de tráfego anual prevista até 2035;

Retro-análise e respetivos ensaios de carga;

Irregularidade máxima segundo perfis transversais.

III.1.2. Aeroporto de Lisboa

O Aeroporto de Lisboa (Figura III.1) apresenta as seguintes características:

Latitude: 38 46'27" N / Longitude: 009 08'03"W / Altitude: 114m;

Runways: 03-21 (3805x45m) / 17-35 (2304x45m).

Posto que a RWY 03-21 é a pista principal do Aeroporto de Lisboa, recebendo a quase totalidade do

tráfego – 98,36% em 2013 – será a única considerada em estudo.

A construção da RWY 03‐21 data de 1960, tendo sido desde essa altura, objeto de algumas obras de

beneficiação/reforço, nomeadamente em 1979 (em toda a extensão), em 1984 (remoção e

reconstrução da camada de desgaste nos primeiros 700m a contar do topo 03 numa faixa central de

16m de largura), em 1985 (reforço nos primeiros 800m de pista a contar do topo 03) e em 1997

(reperfilamento e reforço da capacidade de carga).

Esta pista é constituída por um pavimento do tipo flexível.


32

Figura III.1: Aeroporto de Lisboa (adaptado de Picado-Santos, L., 2014b)

III.1.3. Aeroporto de Faro

O Aeroporto de Faro (Figura III.2) apresenta as seguintes características:

Latitude: 37 00'52" N / Longitude: 007 57'57"W / Altitude: 7m;

Runway: 10-28 (2490x45m).

Figura III.2: Aeroporto de Faro (adaptado de Picado-Santos, L., 2014a)


33

A construção da RWY 10‐28 data de 1965, tendo sido posteriormente, em toda a sua extensão,

reforçada a sua capacidade de carga, ao nível das camadas de degaste e regularização, nos anos de

1980 (com manutenção de cota), 1990 e 2003 (com subida de cota).

A última intervenção referida permitiu ainda a introdução na pista 28 do sistema de aterragem por

instrumentos CAT II.

Esta pista é constituída por um pavimento do tipo flexível.

III.2. Estrutura dos Pavimentos

III.2.1. Descrição

As estruturas adotadas para os pavimentos dos Aeroportos de Lisboa e de Faro correspondem às

definidas no SGPA.

No que diz respeito à caracterização da capacidade estrutural dos mesmos pavimentos, esta foi

efetuada em 2013 pela empresa Euroconsult, Lda, com recurso a ensaios de carga. No Aeroporto de

Lisboa, a campanha de ensaios decorreu entre 8 de abril e 10 de maio e de 10 a 19 de junho. No

Aeroporto de Faro, decorreu entre 25 de março e 5 de abril.

Os ensaios realizaram-se com um deflectómetro de impacto (FWD: Falling Weight Deflectometer)

pesado da Dynatest, equipado com 9 geofones. Foram aplicados três níveis de cargas, 100kN, 150

kN e 280 kN, sobre uma placa de carga com 300mm de diâmetro. Os pontos ensaiados

correspondem a malhas normalmente propostas para este tipo de infraestruturas, com 7

alinhamentos paralelos à centerline da pista (Quadros III.1 e III.2).

Assim, em cada ponto de ensaio mediram-se nove deflexões decorrentes da força de impacto: no

centro da placa e nas distâncias de 0,30m, 0,45m, 0,60m, 0,90m, 1,20m, 1,50m, 1,80m e 2,10m

desse centro, as quais foram posteriormente normalizadas para uma carga padrão de 150kN de

acordo com a Equação (3.1):

(3.1)

Quadro III.1: Esquema de medições realizadas com o deflectómetro de impacto na RWY 03-21 do Aeroporto de

Lisboa (adaptado de Picado-Santos, L., 2014b)

Distância (m) 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

-20 x x x x x

-10 x x x x x

-4 x x x x x x

centerline x x x x x x x

+4 x x x x x x

+10 x x x x x

+20 x x x x x


34

Quadro III.2: Esquema de medições realizadas com o deflectómetro de impacto no RWY 10-28 do Aeroporto de

Faro (adaptado de Picado-Santos, L., 2014a)

Distância (m) 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300

-20 x x x x

-10 x x x x x

-4 x x x x x x

centerline x x x x x x x

+4 x x x x x x

+10 x x x x x

+20 x x x x

Posto que os pavimentos são flexíveis, foram ainda aferidas as temperaturas do ar, da superfície dos

pontos medidos pelo FWD e das camadas betuminosas a três profundidades: 2,5 cm abaixo da

superfície, a meio das camadas (h/2) cm e a uma profundidade (h-2,5) cm, em que h é a espessura

do conjunto de camadas betuminosas.

O conhecimento da distribuição de temperaturas (amplitude e forma) é fundamental para atribuir aos

materiais betuminosos propriedades mecânicas adequadas, uma vez que a suscetibilidade térmica

dos mesmos (comportamento visco-elástico) tem grande influência na sua rigidez, e

consequentemente, no módulo de deformabilidade das respetivas camadas.

Com base nas deflexões normalizadas, foram estabelecidas zonas de comportamento estrutural

homogéneo para cada pista, tendo para isso adotado o método das diferenças acumuladas

[AASHTO, 1993]:

No caso da RWY 03-21, a contar da solteira 03:

Zona 1: Pk 0+000 a Pk 0+850;

Zona 2: Pk 0+850 a Pk 2+700;

Zona 3: Pk 2+700 a Pk 3+805.

No caso da RWY 10-28, a contar da solteira 10:

Zona 1: Pk 0+000 a Pk 0+700;

Zona 2: Pk 0+700 a Pk 2+400.

Para cada uma destas zonas foi calculado o Percentil 85 das respetivas deflexões normalizadas, de

acordo com a Equação (3.2):

(3.2)

Em que,

o D85 - Percentil 85 da deflexão, em μm;

o D’ - Valor médio da deflexão, em µm;

o - Desvio padrão da deflexão, em µm.


35

Deste modo, é possível identificar o ponto característico de cada zona, o qual possui as deflexões

mais próximas das calculadas para o referido percentil, sendo, assim, representativo do

comportamento estrutural da mesma.

A partir das deflexões dos pontos característicos, definiram-se deflectogramas padrão que servem

para o estabelecimento das características mecânicas das diferentes camadas do pavimento através

de um processo iterativo de retro-análise.

A retro-análise foi efetuada utilizando o software BISAR 3.0, desenvolvido pela Shell, que permite,

além do cálculo do estado de tensão-extensão, a determinação de deflexões num pavimento sujeito a

um determinado carregamento.

O BISAR 3.0 assume um modelo estrutural de multi-camadas elásticas e lineares, conseguindo-se,

desta forma, determinar qual o conjunto de módulos de deformabilidade das camadas do pavimento

que origina deflexões tão próximas quanto possível do deflectograma padrão.

De forma a obter um melhor ajuste das características da fundação, admite-se a divisão da mesma

em duas camadas: uma camada superior, representativa das condições mais superficiais do solo de

fundação e associada ao critério de deformação permanente, e uma camada mais profunda, semi-

infinita, mais rígida que a primeira.

Este procedimento pode justificar-se quer pela existência de solos de melhor qualidade ou rocha sob

a camada superior, quer pelo aumento das pressões de confinamento, devido à ação do peso próprio

dos materiais, que pelo seu comportamento, em geral, não linear, corresponde ao aumento do

módulo de deformabilidade com a profundidade. [Antunes, 1993] [Alves, 2007]

Note-se, no entanto, que os valores dos módulos de deformabilidade obtidos pela retro-análise

referem-se às temperaturas a que os ensaios foram realizados. Deste modo, é necessário corrigir os

módulos de deformabilidade das misturas betuminosas para a sua determinada temperatura de

serviço. Esta correção permite que os mesmos possam ser entendidos como valores representativos

para o dimensionamento ou avaliação da estrutura do pavimento.

A temperatura de serviço considerada para o Aeroporto de Lisboa foi de 25ºC e para o Aeroporto de

Faro de 28ºC, de acordo com as orientações de Picado-Santos, 2014a e 2014b.

A correção dos módulos de deformabilidade das misturas betuminosas (Picado-Santos, 2014a) foi

obtida através da Equação (3.3), proposta pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC):

(3.3)

Em que,

o ET - Módulo de deformabilidade para a temperatura de serviço, em MPa;

o T - Temperatura de serviço, em ºC;

o E20 - Módulo de deformabilidade de referência obtido a 20ºC, em MPa.


36


As três zonas de comportamento estrutural homogéneo definidas para o pavimento da RWY 03-21

do Aeroporto de Lisboa encontram-se representadas na Figura III.3 e as respetivas características

são apresentadas nos Quadros III.3, III.4 e III.5.

Figura III.3: Zonas de características uniformes definidas para a RWY 03-21

Quadro III.3: Caracterização da estrutura da RWY 03-21: Zona 1

Designação Espessura (m) Eretro-análise (MPa) Tpavimento (ºC) Tserviço (ºC) Ecorrigido (MPa)

Betão Betuminoso 0,10 5500

22,0 25

4942

Betão Betuminoso 0,17 4500 4044

Macadame Betuminoso 0,11 1000 899

Material Granular 0,30 700 - - -


Fundação ∞ 100 - - -

Total = 0,98




23,0 25

4557






Total = 0,95


37




20,0 25

3787






Total = 0,90


As duas zonas de comportamento estrutural homogéneo definidas para o pavimento da RWY 10-28

do Aeroporto de Faro encontram-se representadas na Figura III.4 e as respetivas características são

apresentadas nos Quadros III.6 e III.7.

Figura III.4: Zonas de características uniformes definidas para a RWY 10-28



Misturas Betuminosas 0,17 3700 17,8 28

2583

Semi-Penetração Betuminosa 0,10 1300 907

ABGE 0,30 320 - - -


Total = 0,57




1557


ABGE 0,30 270 - - -


Total = 0,61


38

III.3. Modelação do Tráfego


A modelação do tráfego foi feita com recurso aos dados existentes que dizem respeito ao movimento

de aeronaves em 2013 (Anexo D) e às taxas de crescimento anuais previstas até 2035, por aeroporto

(Anexo E). Tal como a FAA designa, apenas foram considerados os movimentos de descolagem das

aeronaves. Visto que o FAARFIELD aceita 40 aeronaves na mistura de tráfego e o número de

diferentes tipos de aeronaves movimentadas é superior, a mistura foi obtida por um processo

iterativo. Primeiramente, foram excluídas as aeronaves com menos de 13608 kg (30 000 lb), de

acordo com a AC 150-5320/6E. Em seguida, foi analisada, de forma progressiva, a contribuição das

restantes aeronaves em dimensionamentos realizados para uma vida útil de 20 anos (padrão da FAA)

em todas as zonas definidas para as pistas.

As aeronaves que apresentaram sucessivamente um CDF nulo foram sendo retiradas da mistura de

tráfego, uma vez que a sua presença não contribui para o processo de dimensionamento.

A correspondência entre as aeronaves movimentadas e os modelos de aeronave existentes na

biblioteca interna do FAARFIELD foi bastante satisfatória. Apenas as aeronaves do fabricante

brasileiro Embraer, relativamente frequentes em Portugal, tiverem de ser modeladas por um modelo

genérico, apresentando, porém, um CDF nulo. Em alguns casos, o FAARFIELD dispõe de várias

opções dentro de um mesmo modelo, pelo que, nestas situações, foi escolhida a mais condicionante.

A taxa de crescimento adotada é, por hipótese, uniforme para todas as aeronaves da mistura de

tráfego resultante, consistindo na média das taxas anuais previstas arredondada ao meio ponto

percentual mais próximo.


A modelação do tráfego do Aeroporto de Lisboa resultou em 9 modelos de aeronave distintos,

conforme o Quadro III.3. A taxa de crescimento obtida foi de 2%.

Quadro III.8: Mistura de tráfego obtida para o Aeroporto de Lisboa e respetiva taxa de crescimento

Designação ICAO Mistura de Tráfego Número de Descolagens

A321 A321-200 opt 4789

A332 A330-200 opt 3455

A343 A340-300 opt 1156

A343 A340-300 opt Belly 1156

B762 B767-200 ER 263

B763 B767-300 ER 154

B772 B777-200 ER 124

B773 B777-300 Baseline 393

B77L B777-200LR 110

B77W B777-300 ER 222

Taxa de Crescimento: 2%


39


A modelação do tráfego do Aeroporto de Faro resultou em 6 modelos de aeronave distintos,

conforme o Quadro III.9. A taxa de crescimento obtida foi de 1,5%.

Quadro III.9: Mistura de tráfego obtida para o Aeroporto de Faro e respetiva taxa de crescimento

Designação ICAO Mistura de Tráfego Número de Descolagens

A306 A300-600 std 62

A319 A319-100 opt 3710

A320 A320-200 Twin opt 2928

A321 A321-200 opt 1902

B738 B737-800 8802

B763 B767-300 ER 52

Taxa de Crescimento: 1,5%

III.4. Resultados


No FAARFIELD, coloca-se primeiramente os módulos de deformabilidade decorrentes dos ensaios

FWD para cada zona dos pavimentos da RWY 03-21 do Aeroportos de Lisboa (Capítulo III.2.2) e da

RWY 10-28 do Aeroporto de Faro (Capítulo III.2.3).

De modo a ser possível inserir estes valores, todas as camadas destes pavimentos tiveram de ser

consideradas no software como materiais Undefined.

Em consequência, os dimensionamentos obtidos pelo apenas têm em conta o critério de ruína de

deformação permanente, uma vez que, desta forma, o software não distingue as camadas compostas

por materiais betuminosos para a consideração da fadiga. Note-se que este facto não determina uma

menor validade da análise já que, regra geral, é o critério da deformação permanente que predomina.

Com as estruturas dos pavimentos definidas, introduz-se nestas a ação da mistura de tráfego

correspondente, apresentadas anteriormente nos Capítulo III.3.2 (Aeroporto de Lisboa) e III.3.3

(Aeroporto de Faro).

Executou-se o FAARFIELD para diferentes projeções da vida útil estrutural, nomeadamente 20

(padrão FAA), 25, 30, 35 e 40 anos. O cálculo é realizado para espessura da sub-base e base dos

pavimentos:

RWY 03-21 (ALS/LIS), Zona 1: Quadro III.10;



RWY 10-28 (AFR/FAO), Zona 1: Quadro III.19;

RWY 10-28 (AFR/FAO), Zona 2: Quadro III.22.


40

Apurou-se ainda a espessura de materiais betuminosos que cada estrutura necessitaria para

satisfazer as referidas projeções da vida útil. Isto foi conseguido por um processo iterativo, em que

efectuaram-se dimensionamentos com vista a manter as espessuras de todas as restantes camadas

inalteradas. As espessuras de materiais betuminosos obtidas foram:






Note-se que, no caso do Aeroporto de Lisboa, com duas camadas em betão betuminoso, a camada

de desgaste foi a primeira a ser testada. Somente na situação em que esta atingiu a espessura

mínima possível (2’’ = 5,08 cm) é que se testou a camada subsequente.

Nos Quadros supramencionados, as células sem preenchimento exprimem que a espessura dessa

camada não sofreu alterações no processo de dimensionamento. Todos os resultados foram

arredondados ao centímetro.

Para todas as estruturas, calculou-se a sua vida residual (opção Life):






Avaliou-se também, para cada dimensionamento executado, a contribuição das aeronaves da mistura

de tráfego. Os valores de CDF apresentados nos seguintes outputs foram obtidos para a vida útil

padrão da FAA, de 20 anos:

RWY 03-21 (ALS/LIS), Zona 1: Figura III.5;



RWY 10-28 (AFR/FAO), Zona 1: Figura III.8;

RWY 10-28 (AFR/FAO), Zona 2: Figura III.9.

A única exceção ocorre na Zona 1 da RWY 03-21, pois só foi possível obter o referido output para

uma projecção de vida útil de 25 anos, uma vez que o FAARFIELD não representa este tipo de

gráficos para valores do CDF resultante inferior à terceira casa decimal.

Nos outputs, a listagem das aeronaves da mistura de tráfego surge por ordem decrescente em

termos de contribuição para o CDF


41


III.4.2.1. RWY 03-21: Zona 1

Quadro III.10: Dimensionamentos efetuados pelo FAARFIELD para Zona 1 da RWY 03-21

Espessuras (m) obtidas para uma Vida Útil Projetada de

Camadas 20 Anos 25 Anos 30 Anos 35 Anos 40 Anos

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15

Undefined 0,06 0,08 0,09 0,10 0,11

Subgrade ∞ ∞ ∞ ∞ ∞




Undefined 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

Undefined (<0,05) (<0,05) (<0,05) (<0,05) (<0,05)

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -


Quadro III.12: Síntese dos dimensionamentos e vida residual da Zona 1 da RWY 03-21

Materiais Granulares Materiais Betuminosos

Vida Útil Projectada Espessura (m) Espessura (%) Espessura (m) Espessura (%)

20 Anos -0,39 -64,98

Implicaria retirar ≥ 1 camada

25 Anos -0,37 -62,22

30 Anos -0,36 -59,95

35 Anos -0,35 -57,98

40 Anos -0,34 -56,22

Vida Residual: 648,0 Anos

Figura III.5: Output do FAARFIELD para o CDF da mistura de tráfego da Zona 1 da RWY 03-21


42

III.4.2.2. RWY 03-21: Zona 2




Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined 0,06 0,09 0,10 0,12 0,14





Undefined 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

Undefined 0,11 0,12 0,13 0,13 0,14

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -




Vida Útil Projetada Espessura (m) Espessura (%) Espessura (m) Espessura (%)

20 Anos -0,24 -39,42 -0,11 -40,81

25 Anos -0,21 -35,72 -0,10 -37,30

30 Anos -0,20 -32,62 -0,09 -34,15

35 Anos -0,18 -29,88 -0,09 -31,48

40 Anos -0,16 -27,43 -0,08 -29,04




43

III.4.2.3. RWY 03-21: Zona 3




Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined 0,27 0,29 0,31 0,33 0,34





Undefined 0,07 0,08 0,09 0,10 0,10

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -




Vida Útil Projetada Espessura (m) Espessura (%) Espessura (m) Espessura (%)

20 Anos -0,03 -4,50 -0,01 -6,85

25 Anos -0,01 -0,88 0,00 -1,25

30 Anos +0,01 +2,22 +0,01 +3,50

35 Anos +0,03 +4,93 +0,02 +7,80

40 Anos +0,04 +7,33 +0,02 +11,65




44


III.4.3.1. RWY 10-28: Zona 1




Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined 0,44 0,45 0,46 0,47 0,48



Espessuras (m) obtidas para uma Vida Útil Projectada de


Undefined 0,25 0,25 0,26 0,26 0,27

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -





20 Anos +0,14 +47,33 +0,08 +45,88

25 Anos +0,15 +51,43 +0,08 +49,41

30 Anos +0,16 +54,73 +0,09 +52,35

35 Anos +0,17 +57,60 +0,09 +55,06

40 Anos +0,18 +60,17 +0,10 +57,41




45

III.4.3.2. RWY 10-28: Zona 2




Undefined - - - - -

Undefined - - - - -

Undefined 0,47 0,48 0,49 0,50 0,51





Undefined 0,31 0,32 0,32 0,33 0,34

Undefined - - - - -

Undefined - - - - -





20 Anos +0,17 +56,40 +0,10 +48,38

25 Anos +0,18 +60,50 +0,11 +51,86

30 Anos +0,19 +64,07 +0,11 +54,71

35 Anos +0,20 +67,33 +0,12 +57,29

40 Anos +0,21 +70,20 +0,13 +59,52




46

III.5. Síntese de Resultados

III.5.1. Dimensionamentos

III.5.1.1. Aeroporto de Lisboa

A aplicação do FAARFIELD à RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa mostrou uma redução de qualidade

estrutural no sentido da cabeceira 03 para a cabeceira 21, com uma vida residual calculada de 648,

141,6 e 26,3 anos para as Zonas 1, 2 e 3, respetivamente.

Assim, tanto a Zona 1, como a Zona 2 da RWY 03-21 apresentaram excelentes características no

que concerne à qualidade estrutural do pavimento.

Note-se que no que concerne aos materiais betuminosos da Zona 1, foi impossível obter as

espessuras que satisfariam as projeções de vida útil estrutural em estudo, pois mesmo com ambas as

camadas na mínima espessura possível (5,08 cm), a vida residual continuaria a ser superior a ao

limite máximo em estudo de 40 anos.

Os dimensionamentos realizados resultaram nas espessuras apresentadas na Figura III.11.

Figura III.10: Dimensionamentos do FAARFIELD para a RWY 03-21

Para a Zona 1, obteve-se espessuras muito inferiores às existentes, demonstrando que o pavimento

encontra-se claramente sobredimensionamento nesta zona face ao tráfego atual. Um raciocínio

similar pode ser administrado à Zona 2 da pista, embora em proporções menores, com uma média de

-16,4 cm de excesso de materiais granulares relativamente à Zona 1, para cada vida útil projetada. A

Zona 3 é a única que apresentou uma estrutura subdimensionada para a projeção de vida útil de 30

anos. Porém, mesmo para a maior projeção em estudo, de 40 anos, o défice de materiais granulares

e betuminosos é inferior a 4,4 cm e 2,3 cm, respetivamente.


47

III.5.1.2. Aeroporto de Faro

A aplicação do FAARFIELD à RWY 10-28 do Aeroporto de Faro mostrou que toda a pista carece de

uma intervenção de reforço estrutural – recarga do pavimento – para suportar o tráfego atual.

A vida residual calculada para as Zonas 1 e 2 foi de somente 1,0 e 0,8 anos, respetivamente. Desta

forma, os dimensionamentos resultaram em estruturas manifestamente subdimensionadas, cujas

espessuras são apresentadas na Figura III.12.

Figura III.11: Dimensionamentos do FAARFIELD para a RWY 10-28

Comparativamente à Zona 1, a Zona 2 apresentou uma média de +3 cm de défice, tanto de materiais

granulares, como de materiais betuminosos, para cada vida útil projetada.

III.5.2. Ação do Tráfego

III.5.2.1. Aeroporto de Lisboa

Na RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa, verifica-se que a aeronave da mistura de tráfego que mais

contribuiu para os dimensionamentos do FAARFIELD foi o B77W (Boeing 777-300 ER) –

Figura III.13.

Embora esta aeronave tenha realizado apenas 222 descolagens em 2013, a sua percentagem de

contribuição para o CDF nunca foi inferior a 33%, chegando aos 47% na Zona 3, para uma projeção

de vida útil de 40 anos.

Seguem-se o A332 (Airbus 330-200 opt), com 3455 descolagens em 2013 e um intervalo de

contribuição de 16% a 33%, e o B77L (Boeing 777-200 LR), com somente 124 descolagens em 2013,

mas exibindo uma contribuição ainda significativa, entre 14% e 20%. O somatório da média de

contribuição destes três modelos na RWY 03-21 representa aproximadamente 80% do CDF.


48

Figura III.12: CDF das aeronaves da mistura de tráfego para os dimensionamentos da RWY 03-21

O A343 (Airbus 340-300 opt) e o B773 (Boeing B777-300 Baseline) contribuíram entre 4% e 10% do

CDF. As restantes aeronaves da mistura de tráfego têm contribuições residuais.

III.5.2.2. Aeroporto de Faro

Na RWY 10-28 do Aeroporto de Faro, verifica-se que a aeronave da mistura de tráfego que mais

contribuiu para os dimensionamentos do FAARFIELD foi o A321 (A321-200 opt) – Figura III.14.

Figura III.13: CDF das aeronaves da mistura de tráfego para os dimensionamentos da RWY 10-28

Esta aeronave realizou 1902 descolagens no ano de 2013 e contribuiu sistematicamente para

ligeiramente mais de metade do CDF, entre 51% e 53%.


49

Logo após consta o B738 (Boeing 737-800), que é a aeronave da mistura de tráfego com mais

movimentos nesse ano – 8802 descolagens – com um intervalo de contribuição de 35% a 37%.

O somatório da média de contribuição destes dois modelos na RWY 10-28 representa

aproximadamente 88% do CDF.

O A320 (Airbus 320-200 Twin opt) contribuiu para 6% a 7% do CDF, enquanto a contribuição do A306

(Airbus A300-600 std) foi de somente 3%. As restantes aeronaves da mistura de tráfego têm

contribuições residuais.


50

IV. COMPARAÇÃO COM A METODOLOGIA

EMPÍRICO-MECANICISTA

IV.1. Vida Residual dos Pavimentos

A vida residual dos pavimentos dos Aeroportos de Lisboa e de Faro foi estabelecida no âmbito dos

trabalhos para o SGPA de acordo com uma metodologia empírico-mecanicista corrente na tecnologia

portuguesa.

Após a contabilização dos movimentos anuais de descolagem de aeronaves em cada pista de

Aeroporto, é definida a respetiva aeronave crítica e calculado o tráfego anual equivalente a esta,

conforme as Equações (2.1) e (2.2) das páginas 4 e 5.

O tráfego anual equivalente à aeronave crítica é convertido no número de recobrimentos que

solicitam a estrutura de acordo com os P/C ratios presentes no Quadro II.5 da página 12.

O número de recobrimentos admissível é resultado da aplicação, na respetiva lei de comportamento,

da extensão provocada pela aeronave crítica na camada de interface da estrutura (BISAR 3.0),

conforme o critério de ruína:

Formulação da Shell para a Fadiga (1978).

Formulação de Chou para a Deformação Permanente (1982);

Por fim, a vida residual dos pavimentos resulta da “comparação ano a ano, até 2035, entre o número

de recobrimentos admissível e o número de recobrimentos previsto. O número de anos é indicado no

seu valor, sempre que a vida residual é inferior a 20 anos e apresentado na forma de > 20 anos ou >>

20 anos quando o valor encontrado é superior ou muito superior a 20 anos, respetivamente”. [Picado-

Santos, 2014a]

No que diz respeito ao critério de ruína por fadiga, como referido anteriormente, a adoção de

materiais do tipo Undefined no FAARFIELD não permite estabelecer considerações ao mesmo, pelo

que a comparação não é possível para esta situação.

No que diz respeito ao critério de ruína por deformação permanente, o Quadro IV.1 estabelece a

comparação, para a mesma estrutura de pavimentos, da vida residual da fundação obtida pelo

método empírico-mecanicista (MEM) em relação ao FAARFIELD.


51

Quadro IV.1: Comparação da vida residual da fundação

RWY 03-21 RWY 10-28

Vida Residual da Fundação Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 1 Zona 2

MEM (2012) >> 20 >> 20 >> 20 6,0 5,0

FAARFIELD (2012) 703,3 155,0 29,3 1,2 0,9

FAARFIELD (2013) 648,0 141,6 26,3 1,0 0,8

A simbologia “>> 20 anos” do SGPA foi estabelecida para valores superiores a 40 anos.

Note-se que enquanto a modelação do tráfego correspondente aos casos de estudo reporta ao

movimento de aeronaves entre 1 de janeiro e 31 de dezembro de 2013, os resultados disponíveis no

relatório interno relativo ao SGPA (FASE III) dizem respeito a cálculos com o movimento de

aeronaves do ano anterior.

Deste modo, de forma a validar a comparação entre os diferentes períodos, foi adicionalmente

efetuado no FAARFIELD o cálculo da vida residual da fundação com os dados do movimento de

aeronaves utilizados no SGPA, referentes a 2012.

Para a RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa, o MEM prevê uma vida residual da fundação, em

qualquer uma das zonas, muito superior a 20 anos. Os resultados obtidos pelo FAARFIELD

encontram-se em conformidade no que concerne às Zonas 1 e 2. No entanto, em relação à Zona 3,

este é mais conservativo – 26,3 anos – o que seria apresentado pelo SGPA na forma “> 20 anos”.

É ainda de referir que a disposição de resultados do FAARFIELD – diminuição da vida residual no

sentido da Zona 1 para a Zona 3 – poderia ser expectável pela análise da caracterização estrutural

das diferentes zonas, uma vez que este é também o sentido de diminuição da espessura total do

pavimento, 98, 95 e 90 cm, e da capacidade de suporte da fundação, 100, 90 e 80 MPa, muito

importante em relação à análise pelo critério de ruína de deformação permanente.

Para a RWY 10-28 do Aeroporto de Faro, o SGPA prevê uma vida residual da fundação inferior a 20

anos, de 6,0 e 5,0 anos, para a Zona 1 e 2, respetivamente. Os resultados obtidos pelo FAARFIELD

são bastante mais conservativos, numa ordem de grandeza de cerca de seis vezes. O FAARFIELD

previu o esgotamento da vida residual de ambas as zonas estabelecidas para a RWY 10-28 do

Aeroporto de Faro num horizonte temporal curto, de 1,0 e 0,8 anos, para a Zona 1 e 2,

respetivamente. Porém, é de referir que os valores das duas abordagens não têm um significado

prático muito diferente.

Esta ocorrência suscitou uma análise mais detalhada à caracterização estrutural determinada no

âmbito dos trabalhos do SGPA para o pavimento da RWY 10-28, no sentido de perceber melhor se

as diferenças seriam explicáveis e se mantinham-se com uma otimização do modelo.

Note-se ainda que, embora no MEM e no FAARFIELD a taxa de crescimento anual de tráfego

considerada seja por aeroporto e não por aeronave, no MEM os cálculos foram realizados com uma

taxa variável ao longo dos anos e no FAARFIELD considerou-se uma taxa média constante.


52

IV.2. Modelação da Ação do Tráfego

IV.2.1. CDF das Aeronaves

O MEM aplicado recorreu ao conceito de aeronave crítica enquanto que a ação do tráfego no

FAARFIELD é apresentada na forma de percentagem de contribuição de cada aeronave da mistura

de tráfego para o CDF (Equação (2.11) na página 27).

Os intervalos de CDF obtidos para cada aeronave da mistura de tráfego, em cada zona da

RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa e da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro, para o conjunto de

projeções da vida útil estrutural em estudo, são apresentados no Capítulo III.5.2, ou em formato de

quadros, no Anexo F.

Segundo Picado-Santos, 2014a e 2014b, em ambos os casos, as aeronaves com maior CDF não

correspondem exatamente às aeronaves críticas consideradas no cálculo feito pelo MEM –

Airbus A332 e Airbus A320 – para os Aeroportos de Lisboa e Faro, nesta ordem.

Os Quadros IV.2 e IV.3 estabelecem uma comparação em termos de número de descolagens e

respetiva ação nos pavimentos, entre as aeronaves críticas consideradas no MEM e as aeronaves

com maior CDF no FAARFIELD para os dimensionamentos efectuados.

Quadro IV.2: Comparação entre a aeronave crítica do MEM e a de maior CDF na RWY 03-21

Designação Nº Descolagens Ação nos Pavimentos em Estudo

ICAO FAARFIELD MEM (2012) FAARFIELD (2013) Trem PPR (kN) CDF Médio (%)

A332 A330-200 opt 3604 3455 2D 272,4 22

B77W B777-300 ER 0 222 3D 273,7 40

Quadro IV.3: Comparação entre a aeronave crítica do MEM e a de maior CDF na RWY 10-28

Designação Nº Descolagens Ação nos Pavimentos em Estudo

ICAO FAARFIELD MEM (2012) FAARFIELD (2013) Trem PPR (kN) CDF Médio (%)

A320 A320-200 Twin opt 2685 2928 D 182,6 7

A321 A321-200 opt 1561 1902 D 218,7 52

No que concerne ao Aeroporto de Lisboa, verifica-se que o B77W (Boeing 777-300 ER) não realizou

nenhum voo neste em 2012.

Efetivamente, o início da sua operação na RWY 03-21 começou no ano de 2013, e, apesar do

número de descolagens ser significativamente inferior ao A332 (A330-200 opt), para um peso por

roda (PPR) similar, o CDF médio calculado pelo FAARFIELD foi superior.

Recorde-se que a abordagem ao dimensionamento de pavimentos aeroportuários por software da

FAA, iniciada com o LEDFAA, atual FAARFIELD, surgiu exatamente para servir o B777, cuja

interação entre os carregamentos individuais dos rodados não era coberta pelas metodologias

anteriores.


53

Assim, a extensão vertical máxima no topo da fundação do pavimento calculada pelo FAARFIELD

para o B777W (Boeing 777-300 ER), em cada zona, será tal que o quociente entre o número de

recobrimentos aplicados e o número de recobrimentos permitidos (lei de fadiga), interagindo com as

restantes aeronaves na mistura de tráfego, resulta num CDF médio superior ao do A332 (A330-200

opt), de 40% para 22%.

No que concerne ao Aeroporto de Faro, ambas as aeronaves em comparação possuem

rigorosamente a mesma configuração de trem de aterragem, com os rodados a situarem-se à mesmo

distância do centro da pista e identicamente espaçados.

Não obstante o maior número de descolagens do A320 (A320-200 Twin opt) em relação ao A321

(A321-200 opt), de aproximadamente +54%, verifica-se que o peso por roda e, consequentemente, a

extensão vertical máxima ocorrida no topo da fundação do pavimento, é um dado substancialmente

mais influente para os resultados de CDF das aeronaves.

Assim, o A321 (A321-200 opt), com um peso por roda superior, dominou os dimensionamentos na

RWY 10-28, com um CDF médio de 52%, enquanto o mesmo para o A320 (A320-200 Twin opt)

foi de 7%.

IV.2.2. Características das Aeronaves

Nos Quadros IV.4 e IV.5 compara-se as características das aeronaves críticas consideradas por

Picado-Santos, 2014a e 2014b, no MEM em relação aos correspondentes modelos de aeronaves

disponíveis na biblioteca do FAARFIELD.

Quadro IV.4: Comparação de características dos modelos Airbus A332

A332 MTOW (kN) Trem CTP (%) PPR (kN) PE (MPa) Tandem 1 Tandem 2

MEM (2012) 2264 2D 47,89 271 1,42 1400,0 mm 1980,0 mm

A330-200 std 2263 2D 47,50 269 1,42 1397,0 mm 1981,2 mm

A330-200 opt 2292 2D 47,50 272 1,42 1397,0 mm 1981,2 mm

Quadro IV.5: Comparação de características dos modelos Airbus A320

A320 MTOW (kN) Trem CTP (%) PPR (kN) PE (MPa) Tandem 1 Tandem 2

MEM (2012) 759 D 46,52 177 1,44 920,0 mm -

A320-100 670 D 47,50 159 1,38 927,1 mm -

A320-200 Twin std 724 D 47,50 172 1,38 927,1 mm -

A320-200 Twin opt 768 D 47,50 182 1,44 927,1 mm -

A320 Bogie 724 2D 47,50 86 1,22 779,8 mm 1003,3 mm

Em ambos os casos, verifica-se que a correspondência entre as características da aeronave crítica e

o modelo adotado na modelação do tráfego do FAARFIELD – versão opt – é adequada e satisfatória.

Efetivamente, o PPR das aeronaves críticas, decorrente do peso bruto máximo à descolagem

(MTOW) e da sua distribuição por perna do trem principal (CTP), encontra-se sensivelmente a meio


54

do intervalo definido pelas versões std (limite inferior) e opt (limite superior). Os espaçamentos entre

os rodados das duas versões referidas são iguais, sendo que existe uma diferença desprezável

destes em relação aos definidos para aeronave crítica, quer no tandem 1, relativo à direção

horizontal, quer no tandem 2, relativo à direção vertical.

Para mais, a versão opt é a que apresentou sistematicamente idêntica pressão de enchimento dos

pneus (PE). Deste modo, além da superior representatividade em relação à versão std, esta tem a

vantagem de ser uma opção ligeiramente mais conservativa.

No que se refere ao Aeroporto de Lisboa – Airbus A320 – o FAARFIELD dispõe também dos modelos

A320-100 e A320 Bogie. Contudo, estes não se enquadram nas características da aeronave crítica

definida no SGPA, uma vez que o primeiro é substancialmente mais leve, enquanto o segundo possui

uma configuração de trem de aterragem em tandem de roda dupla (2D).

IV.2.3. Comparação dos P/C ratios

Os P/C ratios determinados internamente pelo FAARFIELD segundo o conceito de área efetiva do

pneu são substancialmente inferiores aos apresentados nas ACs anteriores, nomeadamente na

AC 150/5320-6D, de 1995, e na AC 150/5335-5A, de 2006.

Os P/C ratios usados correntemente no MEM são os presentes nesta última.

Nos Quadros IV.6, IV.7 e IV.8 e no Anexo G, apresenta-se e compara-se os P/C ratios das anteriores

ACs com os calculados pelo FAARFIELD nos casos de estudo.

Quadro IV.6: P/C ratios para a mistura de tráfego em estudo na RWY 03-21

P/C ratios ACs P/C ratios FAARFIELD

Mistura de Tráfego Trem 150/5320-6D (1995) 150/5335-5A (2006) Zona 1 Zona 2 Zona 3

A321-200 opt D 3,48 3,60 1,29 1,24 1,19

A330-200 opt 2D 1,84 1,80 0,73 0,65 0,57

A340-300 opt 2D 1,84 1,80 0,74 0,65 0,58

A340-300 opt Belly - - - 1,25 1,20 1,16

B767-200 ER 2D 1,95 1,80 0,68 0,60 0,59

B767-300 ER 2D 1,95 1,80 0,67 0,60 0,59

B777-200 ER 3D - 1,40 0,50 0,44 0,40

B777-300 Baseline 3D - 1,40 0,50 0,45 0,40

B777-200LR 3D - 1,40 0,49 0,44 0,40

B777-300 ER 3D - 1,40 0,50 0,44 0,40

Quadro IV.7: P/C ratios para a mistura de tráfego em estudo na RWY 10-28

P/C ratios ACs P/C ratios FAARFIELD

Mistura de Tráfego Trem 150/5320-6D (1995) 150/5335-5ª (2006) Zona 1 Zona 2

A300-600 std 2D 1,73 / 1,76 1,80 0,62 0,61

A319-100 opt D 3,48 3,60 1,26 1,23

A320-200 Twin opt D 3,48 3,60 1,25 1,23

A321-200 opt D 3,48 3,60 1,24 1,22

B737-800 D 3,48 3,60 1,27 1,25

B767-300 ER 2D 1,95 1,80 0,61 0,58


55

Quadro IV.8: P/C ratios por configuração do trem de aterragem

P/C ratios ACs P/C ratios FAARFIELD *

Trem 150/5320-6D (1995) 150/5335-5A (2006) Média Desvio Padrão

D 3,48 3,60 1,24 0,026

2D 1,84 1,80 0,63 0,053

3D - 1,40 0,45 0,042

* análise estatística referente aos dimensionamentos realizados nos casos de estudo dos Aeroportos de Lisboa e Faro.

Note-se que para o mesmo número de descolagens e projeção de vida útil, um menor P/C ratio tem

uma contribuição positiva para o aumento do número de recobrimentos aplicados.

Ao contrário das metodologias MEM, onde os recobrimentos são calculados na superfície do

pavimento, com a introdução no FAARFIELD do conceito de área efetiva do pneu, é possível que a

passagem de uma aeronave origine mais que um recobrimento em cada plano. [Silva, 2009]

A área efetiva do pneu, no caso dos pavimentos flexíveis, varia em função da profundidade do topo

da fundação, do número de rodados e do espaçamento dos mesmos (Anexo C). Os rodados são

considerados de forma combinada ou isolada conforme a sobreposição ou não das larguras definidas

desde o pneu até ao topo da fundação por linhas de resposta de declive 1:2. [FAA, 2009]

Assim, os recobrimentos resultantes da operação de uma aeronave são função do seu número de

passagens, do trem de aterragem – configuração, número, espaçamento e dimensões dos rodados –

e da distribuição lateral dos rodados relativamente ao centro da pista. [FAA, 2009]

O P/C ratio de uma configuração de trem de aterragem genérica é calculada pelo FAARFIELD de

acordo com a Equação (4.1), sendo dado pelo inverso da multiplicação do coverage-to-pass ratio

(C/P ratio) por um fator relativo ao tandem do trem de aterragem da aeronave (Ftnd):

(4.1)

O C/P ratio é definido como a probabilidade – segundo uma distribuição normal com um desvio

padrão de 30,435” (77,3 cm) – da área efetiva do pneu compreender o centro de cada uma das 82

secções de 10’’ (25,4 cm) em que é dividida a secção transversal do pavimento no cálculo do CDF.

Esta formulação é traduzida pela Equação (4.2), sendo a área efetiva do pneu (weq) função das

Equações (4.3) e (4.4) [FAA, 2009] [FAA, 2012]:

∑ [(

) (

)]

(4.2)

≥ (4.3)

(4.4)


56

Em que,

o xi - Distância lateral entre o eixo da pista e o ponto médio da secção i, em polegadas;

o xk - Distância lateral entre o eixo da pista e o ponto médio do rodado k, em polegadas;

o w - Largura dos rodados, em polegadas;

o t - Distância entre rodados, a partir do ponto médio destes, em polegadas;

o h - Profundidade do topo da fundação, em polegadas.

O Ftnd é função do número de rodados em tandem – Figura IV.1 – e da distância entre estes,

assumindo que a mesma é constante. No caso desta proposição não verificar-se, o cálculo é feito

separadamente para cada par de rodados, somado e ajustado para adequada correspondência ao

correto número de rodados em tandem.

Figura IV.1: Rodados em tandem (FAA, 2012)

O fator Ftnd é função da relação entre a profundidade do topo da fundação e a distância interior entre

rodados em tandem. É determinado com recurso às Equações (4.5), (4.6) e (4.7), representadas

graficamente na Figura IV.2 até um número máximo de quatro rodados em tandem.

≥ (4.5)

[ ] (4.6)

(4.7)

Em que,

o Nt - Número de rodados em tandem;

o b - Distância interior entre rodados em tandem, em polegadas.


57

Figura IV.2: Determinação do fator de tandem no cálculo interno do FAARFIELD para o P/C ratio de

uma aeronave (FAA, 2012)

IV.3. Lei de Deformação Permanente

Posto que somente o critério de ruína por deformação permanente é considerado nos casos de

estudo, é fundamental atender à comparação entre a formulação da respetiva lei do FAARFIELD –

Equações (2.5) e (2.6) da página 20 – e a proposta por Chou – Equação (4.8) – em uso no MEM

[Picado-Santos, 2014a]:

(4.8)

Em que,

o N - Número de recobrimentos para a ruína;

o - Máxima extensão vertical no topo da fundação.

No Quadro IV.9, faz-se a comparação entre o número de recobrimentos admissíveis com a extensão

crítica calculada pelo MEM (Picado-Santos, 2014a) para o critério de ruína de deformação

permanente segundo a formulação de Chou e do FAARFIELD.

É de referir que no entanto, em relação ao FAARFIELD, a mesma é definida por uma função por

partes em relação a cada aeronave da mistura de tráfego.

Com recurso software Geogebra, efetuou-se uma representação gráfica (Figura IV.3) de ambas as

leis de deformação permanente em análise.


58

Quadro IV.9: Número de recobrimentos admissíveis para o critério de ruína de deformação permanente nos

Aeroportos de Lisboa e Faro

Nadm Chou Nadm FAARFIELD Rácio Chou/FAARFIELD

Local Def. Permanente (MEM) - ≤ 12100 > 12100 ≤ 12100 > 12100

RWY 03-21: Zona 1 601 x 10-6 4333638 4660023 414576287 0,9300 0,0105

RWY 03-21: Zona 2 735 x 10-6 1069305 915532 23867127 1,1680 0,0448

RWY 03-21: Zona 3 888 x 10-6 285358 197034 1612262 1,4483 0,1770

RWY 10-28: Zona 1 1168 x 10-6 42292 21399 32811 1,9763 1,2890

RWY 10-28: Zona 2 1201 x 10-6 34832 17076 22084 2,0398 1,5772

Figura IV.3: Comparação do critério de ruína por deformação permanente do FAARFIELD com a formulação

proposta por Chou

A interseção entre as funções do FAARFIELD ocorre para uma extensão vertical no solo de fundação

elevada, de 1250 x 10-6

. Sublinhe-se que a formulação do FAARFIELD somente é mais conservativa

que a de Chou para extensões superiores a 1125 x 10-6

, ou seja para situações em que se pode dizer

que começa a ser importante a possibilidade de existir uma degradação já com significado para as

estruturas.

Para valores inferiores a este, que ocorrem em estruturas recentes ou ainda com grande capacidade

de carga, como no caso tratado neste estudo para o Aeroporto de Lisboa, existe uma diferença

assinalável entre as leis de deformação permanente (Chou e FAARFIELD “>12100”), sendo que a

abordagem mais conservadora (que permite um menor número de repetições) é traduzida pela lei de

Chou.


59

IV.4. Modelação da Estrutura do Pavimento do Aeroporto de Faro

IV.4.1. Considerações Iniciais

Face ao perfil distinto das pistas dos aeroportos em estudo, é expectável que os modelos estruturais

dos respetivos pavimentos sejam consideravelmente diferentes, sobretudo em termos de espessura

total.

Contudo, enquanto as características de deformabilidade obtidas por retro-análise para a RWY 03-21

do Aeroporto de Lisboa encontram-se em conformidade com a gama de valores usuais para os tipos

de camadas definidos, na RWY 10-28 do Aeroporto de Faro, a caracterização das mesmas revelou

uma capacidade estrutural baixa à partida, traduzida por módulos de deformabilidade reduzidos para

as camadas constituídas por materiais betuminosos, em comparação com estruturas do género.

Citando o relatório de Picado-Santos, 2014a, “o pronunciamento sobre a qualidade estrutural de

pavimentos aeroportuários com recurso à interpretação dos resultados duma campanha de FWD

depende de vários fatores externos que não se podem controlar. São exemplo para pavimentos

flexíveis a temperatura nas camadas ligadas, o grau de humidade das camadas granulares e da

fundação, o local de realização de cada ensaio (…) sendo que, o ajuste da modelação é pior para

situações menos comuns”.

Além disso, a avaliação funcional de alguns parâmetros do pavimento, nomeadamente no que diz

respeito à presença de cavados de rodeira, mas também de depressões e fendilhamento associado

às rodeiras, contribuem para sustentar a existência de problemas relacionados com a deformação

permanente.

IV.4.2. Cavados de Rodeiras

As medições de rodeiras realizadas ao longo da RWY 10-28 sobre 25 perfis transversais, com

recurso a uma régua de 3 metros, não demonstram um estado particularmente grave no que

concerne a este parâmetro.

Os perfis transversais supramencionados foram definidos de forma sensivelmente equidistante, com

início na soleira 10 (Perfil Transversal 1) e estendendo-se até à soleira 28 da pista (Perfil Transversal

25), sendo que a distância do ponto de medição à centerline e os resultados obtidos são

apresentados na Figura IV.4.

O desvio máximo identificado foi de aproximadamente 15 mm, enquanto o limite superior

recomendado pela ICAO é o dobro, de 30 mm. [ICAO, 2009]


60

Figura IV.4: Desvio em relação à régua de 3 metros ao longo de perfis transversais na RWY 10-28 (adaptado de

Picado-Santos, 2014a)

IV.4.3. Campanha de Ensaios de Carga

De facto, a divisão da RWY 10-28 em duas zonas de comportamento estrutural distinto efetuada no

SGPA ao pk 0+700 tem por base não só as deflexões resultantes da campanha de ensaios realizada

em 2013 com o FWD e aplicação do método das diferenças acumuladas da AASHTO, como também

considerações históricas decorrentes do conhecimento existente.

A variação altimétrica existente na RWY 10-28, de uma cota aproximadamente igual a 7,40 m (soleira

10) para cerca de 5.40 m (soleira 28), coincide com o zonamento definido, uma vez que a Zona 1 da

pista (700m) apresenta uma inclinação longitudinal de 0,24%, sendo que a mesma é praticamente

inexistente na restante extensão relativa à Zona 2.

A partir dos dados relativos à campanha do FWD de 2013, procedeu-se ao tratamento dos mesmos

Capítulo III.2.1, com vista à avaliação do zonamento, bem como dos respetivos pontos característicos

(Quadro IV.10).

Quadro IV.10: Deflexões medidas no ponto característico de cada zona da RWY 10-28 (adaptado de

Picado-Santos, 2014a)

Ponto Característico Deflexões Medidas (μm)

AFR pkinícial pkfinal Alinham. pk Df1 Df2 Df3 Df4 Df5 Df6 Df7 Df8 Df9

Zona 1 0+000 0+700 4L 0+225 735 525 413 340 220 137 95 68 57

Zona 2 0+700 2+400 4L 1+425 847 565 429 332 203 129 90 67 61

Os alinhamentos a 10 m e a 20 m do centerline foram suprimidos da avaliação, em razão de

apresentarem deflexões significativamente inferiores em relação aos restantes alinhamentos, não

sendo, por isso, condicionantes. De forma a manter a coerência com o SGPA, fixou-se o pk 0+700

como ponto de divisão entre zonas de comportamento estrutural distinto e excluiu-se os resultados

referentes a ensaios existentes entre os pk’s 2+400 e 2+450.

Os resultados obtidos são apresentados no Quadro IV.11 e na Figura IV.5:


61

Quadro IV.11: Caracterização das zonas propostas para a RWY 10-28

Zona pkinícial pkfinal Média (μm) Desv. Padrão (μm) Valor Caract. (μm) CV (%)

1 0+000 0+700 620 95 719 15

2.1 0+700 1+275 637 84 725 13

2.2 1+275 2+025 724 91 819 13

2.3 2+025 2+400 565 96 666 17

Figura IV.5: Deflexões máximas normalizadas para uma carga padrão de 150 kN e aplicação do método das

diferenças acumuladas para os alinhamentos CL, 4L e 4R da RWY 10-28

De acordo com o método das diferenças acumuladas, é admissível a consideração da Zona 1

definida no relatório para o SGPA. Não obstante, no que concerne à Zona 2, identificam-se pelo

menos três subzonas de comportamento estrutural distinto: 2.1, 2.2 e 2.3.

Os coeficientes de variação (CV) resultantes do zonamento proposto, entre 13% e 17%, são

satisfatórios face aos limites máximos correntemente adotados (20% a 30%), pelo que não se

procedeu à eliminação de qualquer ponto anómalo.

Sublinha-se, além disto, que numa curta extensão de 150 metros, compreendida entre os pk’s 0+625

e 0+775, há uma inversão no sentido das diferenças acumuladas decorrente do aumento das

deflexões máximas aí verificadas.

A sua repartição equitativa pelas zonas adjacentes – Zona 1 e Zona 2.1 – provoca um aumento do

valor característico destas.


62

Pela análise dos valores característicos registados, comprova-se que a Zona 1 encontra-se em

melhor estado estrutural que a Zona 2, exceto na Zona 2.3.

Dentro da Zona 2, o intervalo compreendido entre os pk’s 1+275 a 2+025 (Zona 2.2), correspondente

ao touchdown da pista 28, é o que se encontra mais deteriorado.

IV.4.4. Campanha de Prospeção

Com o objetivo de autenticar a espessura e composição dos materiais betuminosos da RWY 10-28,

foi realizada a 30 de abril de 2013 a extração de três carotes com 15 cm de diâmetro

– AFR_C19 (Quadro IV.12), AFR_C20 (Quadro IV.13) e AFR_C21 (Quadro IV.14) – através de

sondagens à rotação junto ao centerline da pista.

As espessuras dos materiais betuminosos observados nas sondagens à rotação encontram-se em

conformidade com a estrutura do pavimento definida no SGPA para ambas as zonas do Aeroporto

de Faro.

Os agregados presentes nas diferentes camadas são de origem calcária, sendo que, excluindo a

camada de semi-penetração betuminosa, a dimensão máxima registada para estes foi de cerca de

16 mm.

Na execução das sondagens à rotação, ficou demonstrada a existência de uma boa ligação entre a

mistura betuminosa e as camadas granulares subjacentes.

Porém, no que diz respeito à ligação entre camadas betuminosas, como é referido nos Quadros IV.12

e IV.13, constata-se a existência de alguma descolagem na interface de determinadas camadas,

tanto na AFR_C19 (Zona 1), como na AFR_C20 (Zona 2).

Note-se que os locais de extração destas carotes são próximos dos pontos característicos definidos

para cada uma das zonas da RWY 10-28.

Quadro IV.12: Sondagem à rotação AFR_C19 na RWY 10-28 (adaptado de Picado-Santos, 2014a)

AFR_C19: Pk 0+250 (centerline)

Camadas Espessura (cm) Fotografia

Camada 1 7,5

16,5

Camada 2 5,0

Camada 3 4,0

Semi-Penetração - 11,0

Observações:

Zona 1;

A camada 1 apresenta uma porosidade significativa;

A semi-penetração encontra-se com agregados fraturados;

As camadas 1 e 2 exibem alguma descolagem na interface.


63




Camada 1 7,5

19,5

Camada 2 4,0

Camada 3 8,0


Observações:

Zona 2;



As camadas 2 e 3 exibem alguma descolagem na interface.




Camada 1 6,0

22,0

Camada 2 9,0

Camada 3 7,0


Observações:

Zona 2;



Todas as colagens estão em boas condições.

IV.4.5. Retro-análise

Os ajustes decorrentes da retro-análise, entre as deflexões medidas nos pontos característicos

definidos no SGPA para cada zona (deflectograma padrão) e as deflexões calculadas pelo

carregamento do ensaio FWD no BISAR 3.0 (deflectograma calculado), pelos quais foram definidos

os módulos de deformabilidade das estruturas das Zonas 1 e 2 da RWY 10-28, são apresentados nas

Figuras IV.6 e IV.7, respetivamente.

Em ambos os casos, não foi admitida qualquer descolagem entre as misturas betuminosas no

processo de retro-análise, uma vez que as estas foram modeladas numa única camada.

Para mais, por defeito, o BISAR 3.0 assume uma total aderência entre todas camadas (“Full Friction

Between Layers”).


64

Figura IV.6: Ajustamento dos deflectogramas para a Zona 1 da RWY 10-28 (adaptado de Picado-Santos, 2014)

Figura IV.7: Ajustamento dos deflectogramas para a Zona 2 da RWY 10-28 (adaptado de Picado-Santos, 2014)

Contudo, é possível incluir no cálculo um determinado grau de aderência entre camadas segundo o

parâmetro “Shear Spring Compliance (m3/N)” ou “Reduced Spring Compliance (m)”, função do raio da

placa de carga, do coeficiente de Poisson e do módulo de deformabilidade da camada acima da

interface de descolagem. Esta opção conduziria a um do incremento dos módulos de

deformabilidade, já que para obter-se a mesma deflexão num pavimento com pior comportamento

estrutural, as suas camadas têm de ser mais rígidas.

0,00E+00

1,00E+02

2,00E+02

3,00E+02

4,00E+02

5,00E+02

6,00E+02

7,00E+02

8,00E+02

0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1

De

fle

xã

o (

μm

)

Distância (m)

Deflectograma Padrão

Deflectograma Calculado

0,00E+00

1,00E+02

2,00E+02

3,00E+02

4,00E+02

5,00E+02

6,00E+02

7,00E+02

8,00E+02

9,00E+02

0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1

De

fle

xã

o (

μm

)

Distância (m)




65

No entanto, o FAARFIELD não proporciona nenhuma consideração ao nível da descolagem entre

camadas na realização do dimensionamento e cômputo da vida residual estrutural dos pavimentos,

pelo que, seria impossível a utilização dos módulos de deformabilidade provenientes do BISAR 3.0

nestes termos.

Uma situação indesejável à partida prende-se com o facto do ajuste dos deflectogramas inverter-se

ao longo do andamento, i.e., em certos conjuntos de geofones os valores do deflectograma calculado

são superiores em relação aos do deflectograma padrão, enquanto noutros são inferiores.

Esta inversão no andamento dos deflectogramas é particularmente relevante na Zona 2. É de referir

ainda que, comparando ambos os pontos característicos, e apesar da maior deterioração já referida

para a Zona 2, as deflexões registadas nos geofones Df4 a Df8 são inferiores às da Zona 1.

Um critério quantitativo que tem vindo a ser adotado para averiguar a qualidade do ajuste dos

deflectogramas e consequente aceitação do conjunto de módulos de deformabilidade é a

minimização da raiz quadrada dos valores médios dos quadrados das diferenças entre as deflexões

calculadas e medidas divididas pelos valores médios - RMS (Root Mean Square) - que deverá ser

preferencialmente inferior a 10%, segundo a expressão dada pela Equação (4.9):

(√

∑(

)

) (4.9)

Em que,

o n – Número de geofones utilizados;

o dci – Deflexão calculada (deflectograma calculado) no geofone i, em μm;

o dmi – Deflexão medida (deflectograma padrão) no geofone i, em μm.

Os resultados da aplicação do critério do RMS às Zonas 1 e 2 da RWY 10-28 encontram-se nos

Quadros IV.15 e IV.16, respetivamente.

Quadro IV.15: Cálculo do RMS (%) na Zona 1 da RWY 10-28

Distância (m) Deflexão Medida (μm) Deflexão Calculada (μm) Erro Quadrático Médio RMS (%)

0,00 (Df1) 7,35E+02 7,42E+02 0,0001

16,31

0,30 (Df2) 5,25E+02 5,14E+02 0,0005

0,45 (Df3) 4,13E+02 4,19E+02 0,0002

0,60 (Df4) 3,40E+02 3,40E+02 0,0000

0,90 (Df5) 2,20E+02 2,22E+02 0,0001

1,20 (Df6) 1,37E+02 1,42E+02 0,0015

1,50 (Df7) 9,46E+01 8,83E+01 0,0044

1,80 (Df8) 6,76E+01 5,37E+01 0,0426

2,10 (Df9) 5,67E+01 3,20E+01 0,1901


66

Quadro IV.16: Cálculo do RMS (%) na Zona 2 da RWY 10-28


0,00 (Df1) 8,47E+02 8,46E+02 0,00000

18,54

0,30 (Df2) 5,65E+02 5,46E+02 0,00121

0,45 (Df3) 4,29E+02 4,38E+02 0,00042

0,60 (Df4) 3,32E+02 3,51E+02 0,00326

0,90 (Df5) 2,03E+02 2,25E+02 0,01184

1,20 (Df6) 1,29E+02 1,42E+02 0,00959

1,50 (Df7) 8,99E+01 8,72E+01 0,00086

1,80 (Df8) 6,71E+01 5,25E+01 0,04707

2,10 (Df9) 6,05E+01 3,12E+01 0,23513

Os valores de RMS obtidos, para ambas as zonas, excedem o que é considerado como satisfatório,

sobretudo devido ao deficiente ajuste que ocorre nos geofones Df8 e Df9, que traduz-se em erros

quadráticos médios elevados.

A deflexão obtida nestes geofones, mais afastados do local de aplicação da carga e devido aos

mecanismos de degradação da mesma, está essencialmente relacionada com a resposta estrutural

da fundação do pavimento.

Em ambos os modelos estruturais, foi fixada uma espessura de 1,10 m para a camada superficial da

fundação e um módulo de deformabilidade de 1000 MPa para a camada de fundação semi-infinita,

subjacente à primeira.

Com base no critério do RMS (%), procurou-se otimizar o ajuste aos pontos característicos definidos

no SGPA através da alteração das condições de rigidez entre as camadas da fundação. Assim, para

ambas as zonas, admitiu-se uma espessura de 1,00 m para a camada superficial da fundação e um

módulo de deformabilidade de 500 MPa para a camada semi-infinita.

No que diz respeito à Zona 1, de forma a acrescentar um parâmetro suscetível de ajustamento,

optou-se ainda por fracionar a mistura betuminosa, mantendo a sua espessura, em 7 cm de camada

de desgaste (MB1) e 10 cm de camada de regularização e base (MB2).

Nestas condições, a aproximação conseguida dos deflectogramas – RMS 6,90% (Quadro IV.17 e

Figura IV.8) – promoveu um aumento dos módulos de deformabilidade das camadas do pavimento,

nomeadamente da fundação e das misturas betuminosas.

Os novos módulos de deformabilidade por camada e a vida residual calculada pelo FAARFIELD para

o modelo estrutural proposto para a Zona 1 da RWY 10-28 (Quadro IV.18) é de 2,3 anos (+130.0%).


67

Quadro IV.17: Cálculo do RMS (%) para o ajustamento proposto na Zona 1 da RWY 10-28


0,00 (Df1) 7,35E+02 7,29E+02 0,0001

6,90

0,30 (Df2) 5,25E+02 5,10E+02 0,0008

0,45 (Df3) 4,13E+02 4,18E+02 0,0001

0,60 (Df4) 3,40E+02 3,42E+02 0,0000

0,90 (Df5) 2,20E+02 2,28E+02 0,0013

1,20 (Df6) 1,37E+02 1,52E+02 0,0131

1,50 (Df7) 9,46E+01 1,02E+02 0,0060

1,80 (Df8) 6,76E+01 6,92E+01 0,0006

2,10 (Df9) 5,67E+01 4,86E+01 0,0208

Figura IV.8: Ajustamento proposto dos deflectogramas para a Zona 1 da RWY 10-28



MB1 0,07 3800

17,8 28

2652

MB2 0,10 4000 2792


ABGE 0,30 320 - - -



No que diz respeito à Zona 2, o RMS obtido foi de 9,90% (Quadro IV.19 e Figura IV.9), através de um

aumento dos módulos de deformabilidade da fundação e camada de agregado britado de

granulometria extensa (ABGE) e redução dos mesmos para as camadas de semi-penetração e de

misturas betuminosas.

0,00E+00

1,00E+02

2,00E+02

3,00E+02

4,00E+02

5,00E+02

6,00E+02

7,00E+02

8,00E+02

0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1

De

fle

xã

o (

μm

)

Distância (m)




68

Efetivamente, a aproximação dos deflectogramas é menos conseguida para esta zona, sendo que, os

módulos de deformabilidade decorrentes do ajuste para as camadas betuminosas são

consideravelmente baixos.

Por este motivo, seria fundamental atender-se ao critério de fadiga do pavimento.

A vida residual calculada pelo FAARFIELD para o novo modelo estrutural proposto para a Zona 2 da

RWY 10-28 (Quadro IV.20) é de 1,9 anos (+137,5%).



0,00 (Df1) 8,47E+02 8,44E+02 0,000017

9,90

0,30 (Df2) 5,65E+02 5,31E+02 0,003731

0,45 (Df3) 4,29E+02 4,24E+02 0,000148

0,60 (Df4) 3,32E+02 3,41E+02 0,000593

0,90 (Df5) 2,03E+02 2,22E+02 0,008936

1,20 (Df6) 1,29E+02 1,46E+02 0,018058

1,50 (Df7) 8,99E+01 9,75E+01 0,007148

1,80 (Df8) 6,71E+01 6,64E+01 0,000092

2,10 (Df9) 6,05E+01 4,71E+01 0,049534

Figura IV.9: Ajustamento proposto dos deflectogramas para a Zona 2 da RWY 10-28

Quadro IV.20: Estrutura proposta para a Zona 2 da RWY 10-28 com base na otimização do RMS (%)



1453


ABGE 0,30 290 - - -



0,00E+00

1,00E+02

2,00E+02

3,00E+02

4,00E+02

5,00E+02

6,00E+02

7,00E+02

8,00E+02

9,00E+02

0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1

De

fle

xã

o (

μm

)

Distância (m)




69

IV.4.6. Correção da Temperatura

A correção do módulo de deformabilidade por efeitos de temperatura da camada de semi-penetração

betuminosa de modo idêntico às misturas betuminosas sobrejacentes poderá ser demasiado

conservativo.

Numa camada de semi-penetração betuminosa, o ligante (betume) não atinge toda a sua espessura.

Neste caso específico, o histórico do pavimento releva ainda que a referida camada não sofre

alterações desde a sua construção (ano de 1965), pelo que é expectável que o betume encontre-se

envelhecido, o que origina uma deterioração do seu comportamento visco-elástico.

No decorrer dos ensaios de carga, os registos de temperatura efetuados nos pontos à profundidade

(h-2,5) cm são sistematicamente superiores aos registados a (h/2) cm, o que indica que a

temperatura da camada de semi-penetração betuminosa é ligeiramente maior que a adotada.

Note-se que embora, por hipótese simplificativa, não só a temperatura de serviço, como também a

temperatura adotada para os pavimentos sejam únicas para o conjunto das camadas betuminosas,

ambas são função da profundidade medida a partir da superfície dos mesmos.

A existência de um gradiente térmico em profundidade é mais relevante quanto maior a espessura

das camadas betuminosas. Materiais granulares não tratados têm pouca influência na temperatura de

serviço. [Branco et al., 2004] [Amorim, 2013]

IV.5. Considerações Finais

Nesta comparação entre o FAARFIELD e o MEM tentaram encontrar-se as causas que

objectivamente traduziam a diferença entre as abordagens.

Acontece que no caso da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro, o FAARFIELD estabelece uma vida

residual mais baixa que o MEM.

Estabeleceu-se que a consideração do tráfego pode ser mais condicionante no FAARFIELD, bem

como a utilização do critério de ruína.

Embora em ambos os casos se tenha chegado a valores baixos para a vida residual, a diferença

justificou a necessidade de ir um pouco mais longe e ver se uma melhor interpretação dos dados de

caracterização justificaria aquela diferença. Verificou-se que não, já que a diferença introduzida por

uma especificação/interpretação da caracterização foi de cerca de um ano, a qual é grande se

considerada relativamente ao que se tinha chegado, mas desprezável na prática.


70

V. CONCLUSÃO

V.1. Principais Conclusões

A mais recente AC 150/5320-6E (2009) da FAA representa um avanço no que concerne a

metodologias de dimensionamento de pavimentos aeroportuários, sendo capaz de considerar a

degradação da qualidade estrutural de um pavimento sujeito às novas gerações de aeronaves, mais

pesadas e com trens de aterragem cada vez mais complexos e variados.

Computacionalmente intenso, este método desenvolvido com o software FAARFIELD possibilita ao

utilizador a obtenção de resultados rápidos e de forma intuitiva, num interface simples.

Todavia, é fundamental atender-se a que os resultados obtidos no dimensionamento e cálculo da vida

residual estrutural de pavimentos são função dos parâmetros de entrada na metodologia considerada.

Deste modo, e apesar da facilidade aparente que um software proporciona, mantêm-se uma

primordial componente de engenharia na correta determinação e interpretação destes.

Os casos de estudo analisados foram pavimentos do tipo flexível, das pistas RWY 03-21 do

Aeroporto de Lisboa e RWY 10-28 do Aeroporto de Faro, sobre os quais o FAARFIELD adota um

modelo estrutural interno de multi-camadas elásticas e lineares (LEAF) em que não há acesso direto

às extensões calculadas.

A principal alteração do FAARFIELD em relação à metodologia empírico-mecanicista corrente, a par

com outros softwares existentes, está relacionada com o fim do conceito de aeronave crítica,

admitindo-se toda a mistura de tráfego e a exata posição e geometria dos rodados de cada aeronave

em relação ao centerline da pista.

Assim, cada aeronave contribui para um fator cumulativo de dano (CDF) de acordo com a regra de

Miner.

A principal limitação do FAARFIELD na aplicação aos casos de estudo é a muito reduzida

correspondência entre os materiais padrão disponíveis no software, com módulos de deformabilidade

definidos automaticamente e inalteráveis, e os materiais usados na tecnologia de pavimentação

portuguesa.

Em consequência, foi necessário admitir-se materiais indefinidos (Undefined) para todas as camadas

dos pavimentos em análise, o que impede qualquer consideração no que diz respeito ao critério de

ruína por fadiga.


71

Para mais, existem as limitações inerentes ao próprio modelo estrutural adotado.

Verificou-se ainda, no decorrer da dissertação, outras limitações de menor relevância,

nomeadamente:

Mistura de tráfego com um máximo de 40 aeronaves;

Ausência na biblioteca interna de aeronaves do fabricante Embraer;

Espessura mínima de 2” (5,08 cm) por camada;

Não permite interfaces de descolagem entre camadas;

Não permite alterações ao coeficiente de Poisson das camadas.

A metodologia empírico-mecanicista habitualmente usada em Portugal, que recorre ao conceito de

aeronave crítica e ao critério de ruína por deformação permanente proposto por Chou, prevê o

esgotamento da vida residual estrutural da RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa num período muito

superior a 20 anos e da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro num período relativamente curto, entre 5 e

6 anos.

Na comparação destes resultados com os obtidos no FAARFIELD, o Aeroporto de Lisboa encontra-se

em conformidade, sendo que, embora sobredimensionado para o tráfego atual, o pavimento da pista

em análise apresenta uma redução da sua qualidade estrutural no sentido da cabeceira 03 para a

cabeceira 21.

Por sua vez, no caso do Aeroporto de Faro, os resultados da aplicação FAARFIELD são muito

conservativos, sendo que, apesar do pavimento se encontrar manifestamente subdimensionado para

o tráfego atual e a necessitar de uma intervenção de reabilitação, o horizonte temporal previsto para a

ruína, de aproximadamente 1 ano, parece excessivamente curto.

Face a esta incidência, decidiu-se analisar levar em conta a resposta estrutural do pavimento da

RWY 10-28 do Aeroporto de Faro em termos de ensaios de carga e retro-análise.

Efetuando retro-análises às deflexões medidas, através do software BISAR 3.0, desenvolvido pela

Shell, com base numa otimização de decisão baseada no critério Root Mean Square (RMS),

encontrou-se um modelo estrutural cuja vida residual estrutural calculada pelo FAARFIELD é superior

à apresentada inicialmente (cerca de 2 anos), embora na prática pouco diferente.

Nos dimensionamentos efetuados pelo FAARFIELD, a combinação de aeronaves que apresentaram

maior agressividade (maior CDF) foram o Boeing 777 no Aeroporto de Lisboa e o Airbus A321 no

Aeroporto de Faro. Estas não são as aeronaves (contudo, não muito diferentes) usadas na

abordagem empírico-mecanicista como as mais críticas, em relação às quais se transforma todo o

tráfego.

No que se refere à conversão do número de passagens de uma aeronave em recobrimentos,

introduz-se o conceito de área efetiva do pneu, sob o qual o cálculo é executado no topo da fundação

do pavimento flexível e não à sua superfície.


72

Consequentemente, a passagem de uma aeronave pode originar mais que um recobrimento em cada

plano, pelo que os P/C ratios calculados no FAARFIELD são inferiores aos indicados pela

AC 150/5335-5A de 2006, habitualmente a referência para a abordagem empírico-mecanicista.

Analisou-se ainda a formulação interna do FAARFIELD para o critério de deformação permanente em

relação à proposta por Chou. A representação de ambas as funções demonstra existir uma diferença

com significado para extensões até 1125 x 10-6

, o que é uma extensão já elevada para um pavimento

normal de pista de aeroporto internacional, sendo que nesta situação a fórmula de Chou é mais

conservadora que a do FAARFIELD, sendo que as abordagens alinhando-se razoavelmente partir do

ponto definido por aquela extensão.

Por exemplo no caso do Aeroporto de Faro, em que o pavimento estava num estado estrutural

degradado para os dados tratados, as extensões são superiores ao referido valor, pelo que a

abordagem do FAARFIELD sendo mais mais penalizadora que a de Chou, é-o para níveis de

qualidade do pavimento já muito baixos. Pode dizer-se que nestes casos ambas as abordagens

indicam a premência de atuação, sendo que no caso concreto de Faro o FAARFIELD é mais

penalizador, o que seguramente também é devido à consideração de uma maior agressividade do

tráfego, como já assinalado.

Concluiu-se que a abordagem FAARFIELD é mais detalhada, embora menos controlável no que

respeita à forma como considera a informação, que a abordagem empírico-mecanicista. Os

resultados do FAARFIELD são mais conservadores quando os pavimentos encontram-se no limite da

sua capacidade de serviço e alinham-se razoavelmente bem com a metodologia empírico-

mecanicista quando os pavimentos são novos ou apresentam uma capacidade de carga ainda

significativa. Estas conclusões permitem afirmar que o principal objetivo deste estudo foi atingido,

naturalmente com os condicionalismos que foram assinalados.

V.2. Trabalhos Futuros

Com vista ao desenvolvimento da temática abordada na corrente dissertação de uma forma mais

extensa e efetiva, sugerem-se os seguintes pontos para trabalhos futuros:

Verificação da aplicabilidade do FAARFIELD em pavimentos do tipo rígido e em reabilitação

de pavimentos;

Análise de sensibilidade aos parâmetros do FAARFIELD numa extensão maior e, se for

possível, encontrar em toda a extensão a expressão desses parâmetros;

Comparação dos resultados MEM / FAARFIELD com mais softwares disponíveis,

nomeadamente o PCASE (Estados Unidos da América).

73

BIBLIOGRAFIA

[AASHTO, 1993] GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES. American

Association of State Highway and Transportation Officials, 1993.

[ACI, 2010] GUIDE TO DESIGN OF SLABS-ON-GROUND. ACI 360R-10;

American Concrete Institute, 2010.

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77

ANEXOS

78

ANEXO A – Exemplos de Curvas de Dimensionamento da FAA (Configuração 2D)

Figura ANEXO A.1: Curvas de dimensionamento de pavimentos flexíveis para trens de aterragem 2D

(FAA, 1978)

79

Figura ANEXO A.2: Curvas de dimensionamento de pavimentos rígidos para trens de aterragem 2D (FAA, 1978)

Figura ANEXO A.3: Curvas de dimensionamento opcionais de pavimentos rígidos para trens de aterragem 2D (FAA,1978)

80

ANEXO B – Planta e Secção Transversal Padrão de uma RUNWAY

Figura ANEXO B.1: Conceito de área crítica para a definição da espessura do pavimento (adaptado de FAA, 1995 e 2009)

81

ANEXO C – Área Efetiva de Pneu

Figura ANEXO C.1: Conceito de área efetiva de pneu sem sobreposição (FAA, 2009)

Figura ANEXO C.2: Conceito de área efetiva de pneu com sobreposição (FAA, 2009)

82

ANEXO D – Movimento de Aeronaves nos Aeroportos de Lisboa e Faro em 2013

Quadro ANEXO D.1: Tráfego na RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa

RWY 03-21 SOLEIRA 03 SOLEIRA 21

Total Chegadas Partidas Subtotal Chegadas Partidas Subtotal

A109

8

A124 1 1 2

2

A306 3 3 6

6

A30B 2 2 4

4

A310 657 620 1,277 214 256 470 1,752

A318 240 250 490 110 102 212 706

A319 14598 15169 29,767 5995 6015 12,010 42,721

A320 13338 13743 27,081 5425 5457 10,882 38,620

A321 3419 3416 6,835 1299 1373 2,672 9,610

A332 2551 2402 4,953 888 1053 1,941 6,913

A333 66 62 128 19 23 42 170

A342 6 5 11 2 3 5 16

A343 831 849 1,680 310 307 617 2,311

A346 4 3 7 1 2 3 10

AN12 4 4 8 1 1 2 10

AN72 1 0 1 0 1 1 2

AS32 1 0 1

2

AS50 2 0 2

6

AS65 2 0 2 0 1 1 8

AT43 180 176 356 70 73 143 500

AT72 101 99 200 55 58 113 314

AT75 2 2 4

4

ATP 193 200 393 72 66 138 531

B190 1515 1597 3,112 709 725 1,434 4,727

B350 1 1 2

2

B461 2 2 4

4

B462 2 2 4 1 1 2 6

B463 2 2 4 1 1 2 6

B712 1 1 2 1 1 2 4

B720 1 1 2

2

B721 1 1 2

2

B732 2 0 2 3 5 8 10

B733 65 69 134 28 23 51 186

B734 180 177 357 60 60 120 479

B735 77 74 151 15 18 33 184

B736 31 30 61 15 16 31 92

B737 396 401 797 140 138 278 1,078

B738 1734 1732 3,466 725 729 1,454 4,935

B739 156 162 318 51 45 96 414

B742 1 1 2 1 1 2 4

B744 3 2 5 1 2 3 8

B752 685 659 1,344 209 235 444 1,789

B753 5 5 10 1 1 2 12

B762 193 191 384 71 72 143 528

B763 117 121 238 40 36 76 314

B772 87 86 173 36 38 74 247

B773 305 289 594 88 104 192 786

B77L 74 79 153 36 31 67 220

B77W 136 158 294 86 64 150 444

BE10 1 1 2

2

83

BE20 15 15 30

30

BE30 12 10 22 1 3 4 26

BE40 3 4 7 6 5 11 18

BE9L 3 3 6 2 2 4 10

C130 61 64 125 26 24 50 185

C160 13 16 29 5 2 7 36

C17 1 1 2 1 1 2 4

C172 1 1 2

2

C2 3 3 6

6

C25A 14 15 29 11 10 21 50

C25B 27 28 55 9 8 17 73

C25C 6 4 10 0 2 2 12

C295 117 118 235 43 43 86 322

C335

1 1 2 2

C500 1 1 2

2

C501

1 1 2 2

C510 6 6 12 5 5 10 22

C525 16 13 29 7 10 17 46

C550 30 29 59 17 17 34 93

C551 2 2 4 1 1 2 6

C560 12 13 25 5 4 9 34

C56X 80 76 156 31 35 66 222

C650 12 13 25 7 6 13 38

C680 19 17 36 10 13 23 60

C750 4 3 7 2 3 5 12

CL30 15 17 32 8 6 14 46

CL60 100 98 198 37 39 76 276

CN35 1 1 2

2

CRJ2 73 76 149 39 36 75 224

CRJ9 10 10 20 4 4 8 28

CRJX 2 2 4

4

D228 1 1 2 1 1 2 4

D328 1 1 2

2

DA42 1 1 2 1 1 2 4

DC93 1 1 2 1 1 2 4

DH8C 1 1 2

2

DH8D

1 1 2 2

DHC6 2 2 4

4

DHC7

1 1 2 2

E120 2 2 4

4

E121 1 1 2

2

E135 24 22 46 11 13 24 70

E145 4785 4881 9,666 1909 1965 3,874 13,733

E170 1 3 4 1 0 1 5

E190 115 115 230 35 36 71 304

E50P 1 0 1 0 1 1 2

E55P 9 12 21 6 4 10 32

EC30

4

EH10 4 4 8 2 2 4 30

F100 2485 2488 4,973 962 996 1.958 7.006

F2TH 79 80 159 26 26 52 212

F50

4 4 8 8

F70 1 1 2

2

F900 88 95 183 41 34 75 258

FA10 1 1 2

2

FA20 2 4 6 2 0 2 8

FA50 90 94 184 40 41 81 269

84

FA7X 109 109 218 41 41 82 300

G150 8 10 18 5 3 8 26

GALX 13 12 25 3 4 7 32

GL5T 1 1 2 3 3 6 8

GLEX 49 59 108 31 21 52 160

GLF2 2 4 6 2 1 3 10

GLF3 2 2 4

4

GLF4 63 59 122 14 18 32 154

GLF5 47 52 99 33 28 61 160

GLF6 2 2 4

4

H25A

1 1 2 2

H25B 87 83 170 37 41 78 248

H60 2 2 4

10

HA4T 2 2 4

4

IL76 3 2 5 0 1 1 6

IL96 1 1 2

2

J328 1 1 2 6 6 12 14

KA27 4 2 6 1 3 4 74

LJ31 7 9 16 6 4 10 26

LJ35 9 10 19 7 6 13 32

LJ40 13 15 28 11 9 20 48

LJ45 24 23 47 9 10 19 66

LJ55 2 3 5 1 0 1 6

LJ60 9 9 18 9 9 18 36

LYNX 2 1 3

6

MD11 3 3 6

6

MD82 1 1 2

2

MD83 72 70 142 20 23 43 186

P180 5 5 10 1 1 2 12

PAY3 3 4 7

8

PC12 25 22 47 8 11 19 66

PRM1 6 7 13 1 0 1 14

R44

4

R66

4

SR22 1 0 1 0 1 1 2

SW3 4 4 8 4 4 8 16

SW4 5 5 10 3 2 5 16

T154 2 2 4

4

T204 2 0 2 0 2 2 4

TOTAL 50,920 51,915 102,835 20,359 20,798 41,157 146,361

85

Quadro ANEXO D.2: Tráfego na RWY 10-28 do Aeroporto de Faro

RWY 10-28 SOLEIRA 10 SOLEIRA 28

Total Chegadas Partidas Subtotal Chegadas Partidas Subtotal

A109 3 3 6 4 4 8 14

A306 17 16 33 45 46 91 124

A310 4 3 7 13 14 27 34

A318 0 1 1 1 0 1 2

A319 1123 1110 2,233 2586 2600 5,186 7,419

A320 928 924 1,852 2000 2004 4,004 5,856

A321 629 596 1,225 1273 1306 2,579 3,804

A332 1 1 2 6 6 12 14

A333 1 1 2 1 1 2 4

A343 1 1 2 2

AN26 2 2 4 4

AS50 1 1 2 2 2 4 6

AS55 3 3 6 6

AS65 1 0 1 1 2 3 4

AT43 1 1 2 2

AT45 1 0 1 0 1 1 2

AT72 1 1 2 2

AT75 2 2 4 4

B190 11 13 24 26 24 50 74

B222 0 1 1 2 1 3 4

B350 1 2 3 3

B412 1 1 2 2

B462 6 6 12 12

B712 2 2 4 2 2 4 8

B721 1 1 2 2

B722 1 1 2 2

B733 289 288 577 503 504 1,007 1,584

B734 103 97 200 310 316 626 826

B735 2 1 3 1 2 3 6

B736 1 1 2 2

B737 164 162 326 369 371 740 1,066

B738 2236 2623 4,859 6563 6179 12,742 17,601

B744 1 1 2 2

B752 144 143 287 243 244 487 774

B753 3 3 6 6

B763 16 21 37 36 31 67 104

B772 1 1 2 2 2 4 6

BE20 9 7 16 23 25 48 64

BE30 7 10 17 10 7 17 34

BE40 6 6 12 10 10 20 32

BE58 1 1 2 2

C130 3 4 7 1 0 1 8

C17 1 1 2 2

C172 1 2 3 20 19 39 42

C182 1 1 2 2

C208 2 2 4 4

C212 2 1 3 4 5 9 12

C25A 19 25 44 52 47 99 143

C25B 15 15 30 47 47 94 124

C25C 4 3 7 4 5 9 16

C295 2 1 3 5 6 11 14

C340 1 1 2 2

86

C414 1 1 2 2

C441 2 3 5 1 0 1 6

C500 2 2 4 4

C510 7 10 17 19 16 35 52

C525 9 8 17 19 20 39 56

C550 17 21 38 48 45 93 131

C551 1 1 2 1 1 2 4

C560 4 7 11 16 13 29 40

C56X 54 63 117 114 105 219 336

C650 8 7 15 8 9 17 32

C680 3 4 7 6 5 11 18

C750 1 1 2 1 1 2 4

CL30 14 20 34 38 33 71 105

CL60 11 14 25 47 44 91 116

CRJ1 1 1 2 2

CRJ2 2 1 3 6 7 13 16

CRUZ 1 1 2 2

D228 1 1 2 2

D328 0 1 1 1 0 1 2

DA42 1 2 3 3 2 5 8

DH8D 8 6 14 17 19 36 50

DHC7 1 1 2 2

E135 5 3 8 19 21 40 48

E145 26 23 49 75 78 153 202

E190 84 68 152 261 277 538 690

E50P 1 1 2 3 3 6 8

E55P 2 3 5 14 13 27 32

EC25 2 1 3 1 2 3 6

EH10 2 2 4 4

F100 18 18 36 36 36 72 108

F2TH 16 18 34 28 26 54 88

F50 4 4 8 8

F900 10 12 22 24 22 46 68

FA10 2 2 4 2 2 4 8

FA20 1 1 2 2 2 4 6

FA50 5 5 10 23 23 46 56

FA7X 5 5 10 20 19 39 49

FK9 1 2 3 4 3 7 10

G150 2 2 4 1 1 2 6

GALX 3 3 6 3 3 6 12

GLEX 4 5 9 10 9 19 28

GLF2 1 1 2 2

GLF4 3 7 10 14 10 24 34

GLF5 3 5 8 16 14 30 38

GLF6 3 5 8 6 4 10 18

H25A 3 3 6 1 1 2 8

H25B 29 28 57 61 61 122 179

HA4T 1 1 2 2

J328 16 15 31 32 33 65 96

KA27 8 8 16 33 33 66 82

KODI 1 1 2 2

LJ31 5 6 11 8 7 15 26

LJ35 17 16 33 30 31 61 94

LJ40 5 5 10 9 9 18 28

LJ45 23 23 46 47 47 94 140

LJ55 4 4 8 3 3 6 14

LJ60 5 5 10 9 9 18 28

87

MD83 1 1 2 2

N/A 2 2 4 4

P180 4 4 8 8 8 16 24

P28A 23 20 43 95 98 193 236

P28R 10 12 22 68 66 134 156

P3 8 8 16 16

PA18 1 1 2 9 9 18 20

PA31 1 0 1 1 2 3 4

PA34 1 1 2 2

PAY3 1 1 2 1 1 2 4

PC12 3 2 5 4 5 9 14

PRM1 7 7 14 1 1 2 16

R66 1 1 2 2

RJ85 2 2 4 4

SBR1 1 1 2 2

SR20 0 1 1 1 0 1 2

SR22 1 1 2 2

SW3 1 0 1 4 5 9 10

TBM7 3 3 6 2 2 4 10

TOBA 0 1 1 1 0 1 2

TRIN 3 3 6 6

TOTAL 6,257 6,611 12,868 15,562 15,214 30,776 43,644

88

ANEXO E – Taxas de Crescimento Anuais Previstas para os Aeroportos de Lisboa e Faro

Quadro ANEXO E.1: Evolução prevista para o tráfego

Ano Aeroporto de Lisboa (%) Aeroporto de Faro (%)

2013 0,84 1,79

2014 1,01 1,34

2015 2,15 1,53

2016 1,70 1,53

2017 1,69 1,61

2018 1,60 0,75

2019 1,85 1,54

2020 1,85 1,54

2021 1,95 1,54

2022 1,96 1,54

2023 1,96 1,54

2024 1,97 1,44

2025 2,07 1,44

2026 2,07 1,44

2027 2,18 1,35

2028 2,18 1,35

2029 2,18 1,35

2030 2,09 1,35

2031 2,09 1,35

2032 2,10 1,35

2033 2,00 1,35

2034 2,00 1,35

2035 2,01 1,36

89

ANEXO F – CDF’s das Aeronaves da Mistura de Tráfego

Quadro ANEXO F.1: CDF’s obtidos no caso de estudo da RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa

Zona 1 Zona 2 Zona 3 CDF (%)

Aeronaves CDF (%) Sentido CDF (%) Sentido CDF (%) Sentido MIN MAX MED

A321-200 opt 1 - 1 - 1 - 1 1 1

A330-200 opt 29 a 33 ↓ 20 a 24 ↓ 16 a 18 ↓ 16 33 22

A340-300 opt 7 a 8 ↓ 5 a 6 ↓ 4 - 4 8 6

A340-300 opt Belly 0 - 0 - 0 - 0 0 0

B767-200 ER 1 - 1 - 1 - 1 1 1

B767-300 ER 1 - 1 - 1 - 1 1 1

B777-200 ER 2 - 2 a 3 ↑ 3 - 2 3 2

B777-300 Baseline 7 a 8 ↑ 8 a 9 ↑ 9 a 10 ↑ 7 10 8

B777-200LR 14 a 15 ↑ 17 a 18 ↑ 19 a 20 ↑ 14 20 17

B777-300 ER 33 a 37 ↑ 40 a 44 ↑ 45 a 47 ↑ 33 47 40

Quadro ANEXO F.2: CDF’s obtidos no caso de estudo da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro

Zona 1 Zona 2 CDF (%)

Aeronaves CDF (%) Sentido CDF (%) Sentido MIN MAX MED

A300-600 std 3 - 3 - 3 3 3

A319-100 opt 1 - 1 - 1 1 1

A320-200 Twin opt 7 - 6 a 7 ↓ 6 7 7

A321-200 opt 52 a 53 ↓ 51 a 52 ↓ 51 53 52

B737-800 35 a 36 ↑ 37 - 35 37 36

B767-300 ER 1 - 1 - 1 1 1

90

ANEXO G – Comparação entre os P/C ratios das ACs da FAA e o FAARFIELD

Quadro ANEXO G.1: P/C ratios para o caso de estudo da RWY 03-21 do Aeroporto de Lisboa

Zona 1 Zona 2 Zona 3

Aeronaves Trem 150/5320-6D 150/5335-5A 20 25 30 35 40 DIMMédia LIFE 20 25 30 35 40 DIMMédia LIFE 20 25 30 35 40 DIMMédia LIFE

A321-200 opt D 3,48 3,6 1,30 1,29 1,29 1,28 1,28 1,29 1,17 1,25 1,24 1,24 1,23 1,23 1,24 1,18 1,20 1,19 1,19 1,18 1,18 1,19 1,19

A330-200 opt 2D 1,84 1,8 0,75 0,74 0,73 0,72 0,72 0,73 0,55 0,67 0,66 0,65 0,64 0,63 0,65 0,56 0,59 0,58 0,57 0,57 0,56 0,57 0,58

A340-300 opt 2D 1,84 1,8 0,76 0,74 0,74 0,73 0,72 0,74 0,55 0,67 0,66 0,65 0,64 0,64 0,65 0,56 0,59 0,58 0,58 0,57 0,56 0,58 0,58

A340-300 opt Belly - - - 1,26 1,25 1,24 1,24 1,24 1,25 1,15 1,21 1,21 1,20 1,20 1,19 1,20 1,15 1,17 1,17 1,16 1,16 1,15 1,16 1,16

B767-200 ER 2D 1,95 1,8 0,70 0,68 0,68 0,67 0,66 0,68 0,61 0,62 0,61 0,60 0,59 0,58 0,60 0,60 0,58 0,59 0,59 0,60 0,60 0,59 0,59

B767-300 ER 2D 1,95 1,8 0,69 0,68 0,67 0,67 0,66 0,67 0,61 0,62 0,61 0,60 0,59 0,58 0,60 0,60 0,58 0,58 0,59 0,59 0,60 0,59 0,58

B777-200 ER 3D - 1,4 0,52 0,51 0,50 0,50 0,49 0,50 0,41 0,46 0,45 0,44 0,44 0,43 0,44 0,41 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40

B777-300 Baseline 3D - 1,4 0,52 0,51 0,51 0,50 0,48 0,50 0,40 0,46 0,45 0,45 0,44 0,43 0,45 0,40 0,41 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40

B777-200LR 3D - 1,4 0,51 0,50 0,49 0,49 0,48 0,49 0,41 0,45 0,44 0,44 0,43 0,43 0,44 0,41 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40

B777-300 ER 3D - 1,4 0,51 0,50 0,49 0,49 0,49 0,50 0,41 0,45 0,44 0,44 0,43 0,43 0,44 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,41 0,40 0,40

Quadro ANEXO G.2: P/C ratios para o caso de estudo da RWY 10-28 do Aeroporto de Faro

Zona 1 Zona 2

Aeronaves Trem 150/5320-6D 150/5335-5A 20 25 30 35 40 DIMMédia LIFE 20 25 30 35 40 DIMMédia LIFE

A300-600 std 2D 1,73 / 1,76 1,8 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,66 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,64

A319-100 opt D 3,48 3,6 1,26 1,26 1,26 1,25 1,25 1,26 1,37 1,24 1,24 1,23 1,23 1,23 1,23 1,32

A320-200 Twin opt D 3,48 3,6 1,26 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,35 1,24 1,23 1,23 1,22 1,22 1,23 1,30

A321-200 opt D 3,48 3,6 1,25 1,25 1,24 1,24 1,24 1,24 1,32 1,23 1,22 1,22 1,22 1,21 1,22 1,29

B737-800 D 3,48 3,6 1,28 1,28 1,27 1,27 1,27 1,27 1,34 1,26 1,25 1,25 1,24 1,24 1,25 1,33

B767-300 ER 2D 1,95 1,8 0,62 0,61 0,61 0,60 0,60 0,61 0,71 0,59 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,68

Dimensionamentos de Pavimentos Aeroportuários · Ao Professor Luís Picado Santos, pela...

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