Como dimensionar Pavimentos Aeroportuários pelo método CBR

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Fonte: Autor desconhecido

Aqui no além da inércia já apresentamos diversos artigos sobre estruturas de pavimentos, indo desde a aplicação de misturas asfálticas, materiais granulares, estabilizantes e o projeto de pavimentos pelo método do DNER.

O método de dimensionamento de pavimentos aeroportuários é uma adaptação do método de dimensionamento CBR utilizado pelo departamento de estradas da Califórnia e foi desenvolvido pela USACE, levando em consideração é claro extrapolações para cargas aeronáuticas. Em pavimentos aeroportuários estão presentes os flexíveis, aplicados em áreas de circulação de aeronaves, e os rígidos, aplicados em áreas de rampa, pátios e hangares.

As áreas de circulação de veículos de apoio, próximo a áreas de circulação de aeronaves, utilizam também pavimentos em blocos intertravados. Os quais reduzem o custo e auxiliam na identificação de áreas restritas. Além da análise de cargas aplicadas ao pavimento, em operações de pouso devem ser analisados o riscos de aquaplanagem das aeronaves, para isso aplicam-se soluções como “grooving” ou “pavimentos porosos” em largura considerável para soluções de drenagem superficial. O Grooving consiste em determinadas ranhuras na superfície do pavimento, esse tema será apresentado em artigos futuros.

O método de dimensionamento para pavimentos aeroportuários considera a posição do CG da aeronave de tal forma que 92% do peso esteja sobre as rodas principais e 8% nas pernas de nariz. As tensões e deformações nos pavimentos são estudadas com os bulbos de tensões nas rodas principais, podendo ocorrer:

  • Delgados: Bulbos não se interceptam
  • Espessos: Sobreposição de bulbos
  • Intermediários: Interação parcial de bulbos.

As profundidades de análise variam com base nos centroides de áreas carregadas (S) e das distâncias mínimas de áreas carregadas (D). Para trens de pouso com 4 rodas, a distância S é na diagonal (Figura 2). A Figura 1 ilustra as profundidades de análise.

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Figura 1 – Profundidades de Análise.
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Figura 2 – Distâncias de análise

As Equação 1 e Equação 2 apresentam o cálculo das profundidades de análise com base nas distâncias S e D apresentadas.

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Equação 1 – Profundidade H1
h2
Equação 2 – Profundidade H2

O método de dimensionamento consiste em determinar uma única carga que repasse o carregamento imposto pela perna principal da aeronave, denominada de Equivalent Single Wheel Load (ESWL) ou Carga de Roda Simples Equivalente (CRSE). Para o calculo do ESWL considera-se que a roda é circular e calculada pela Equação 3, onde F é o fator de deflexão, N é o número de rodas e P é a carga total. A Figura 3 apresenta o gráfico para fator de deflexão em função da profundidade de análise, onde a é o afastamento entre ponto de estudo e centro de roda medido em raios.

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Equação 3 – Carga do ESWL.
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Figura 3 – Gráfico para o fator de deflexão F. Fonte: Huang, 1993.

A espessura efetiva do pavimento depende da capacidade de suporte do subleito e da carga do ESWL correspondente calculado, e do fator f. O fator f consiste de um fator de repetições de carga e é calculado com base no número de coberturas do aeroporto. Quando falamos sobre cobertura, o termo leva em consideração a variação lateral que as aeronaves percorrem um pavimento. Dessa forma, podemos dizer que uma cobertura ocorre quando o pavimento é solicitado e produz sua máxima resposta estrutural sendo totalmente influenciado pelo trem de pouso da aeronave. A Equação 4 apresenta o fator f. Por fim, a espessura do pavimento fica definido pela Equação 5.

 

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Equação 4 – Fator f.

 

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Equação 5 – Espessura efetiva do Pavimento

O fator alfa é aplicado apenas para aeronaves do tipo wide bodies, e é um fator de correção, conforme Quadro 1.

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Quadro 1 – Fator Alfa para Aeronaves WideBody. Fonte: Ashford, Mumayiz e Wright (2011)

Podem ser adotados dois métodos utilizando as equações acima, o primeiro chamado de simplificado consiste em elaborar um gráfico em função das profundidades H1 e H2. Em H1 posiciona-se a carga de uma roda, em H2 a carga total. Então, variando-se as cargas encontra-se espessuras para determino CBR. O encontro entre a curva CBR e as linhas de H1 e H2 determinam a espessura e o ESWL. A Figura 4 ilustra o método simplificado.

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Figura 4 – Método Simplificado de cálculo.

O Segundo método, mais rigoroso, consiste em determinar as espessuras variando-se as profundidades e vendo como comporta-se o pavimento. Para isso, definem-se varias profundidades de análise e determinam-se os ESWL de formas distintas. A primeira (ESWL 1) com base nos fatores de intensidade de acordo com o afastamento dos eixos concentrados. O segundo (ESWL2) em função da profundidade pré estabelecida aplicando a Equação 6. A espessura do pavimento estará definida quando a diferença entre os ESWL forem próximos de zero. A Tabela 1 auxilia no método rigoroso.

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Tabela 1 – Exemplo de aplicação.

Pelo exemplo, observa-se que a diferença igual a zero está entre 74 e 81 cm. Dessa forma, seria necessária uma interpolação para obter a espessura exata necessária para resistir a solicitação.

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FONTES:

PEIXOTO, C.F. “NOTAS DE AULA DA DISCIPLINA DE AEROPORTOS”. Centro Universitário da FEI: São Bernardo do Campo, 2017.

PEIXOTO, C.F. “INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AEROPORTUÁRIA”. Rio Claro, 2015.

ASHFORD, N.J; MUMAYIZ, S.A; WRIGHT, PH. AIRPORT ENGINEERING: PLANNING, DESIGN AND DEVELOPMENT OF 21ST CENTURY AIRPORTS. 2011.

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