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Engenharia

Geometria e Sinalização do Sistema de Pistas

By 5 de fevereiro de 2019 No Comments

1. Classificações em aeroportos

A fim de atender diversas finalidades (principalmente de dimensionamento de aeroportos) foram criadas classificações de aeroportos/pistas, destacam-se:

a)Operacional

Segundo o RBAC 154/2009, classificam-se pistas de pouso da seguinte forma:

  • Pista de Pouso para Operação Visual (VFR);
  • Pista de Pouso por Instrumentos (IFR):
    • Pista de Aproximação de Não-Precisão;
    • Pista de Aproximação de Precisão (CAT 1, CAT 2, CAT 3).

b) Física

Adotada pela ANAC, no RBAC 154/2009, a classificação da OACI tem uma composição alfanumérica com um código de referência do aeródromo, em que se baseiam quase todos os requisitos geométricos (vide Tabela 7). Tal código depende do comprimento básico de pista da aeronave de referência (código numérico) e da condição crítica entre envergadura dessa aeronave e a distância entre as bordas mais externas dos pneus que compreendem o conjunto dos trens principais de pouso, trata-se de uma distância pouco superior à bitola da aeronave (código alfabético).

A aeronave de referência é aquela para a qual está sendo planejado o uso da pista e que requeira as maiores dimensões para sua operação regular. O comprimento básico requerido por uma aeronave está registrado em manuais da aeronave como a distância mínima necessária para operação com seu peso máximo operacional de decolagem em uma pista sem declividade, sem efeito de ventos, sob as condições da Atmosfera Padrão (ISA), isto é, 15 graus Celsius ao nível do mar.

Suponha que uma pista de pouso está sendo planejada de forma que a aeronave A380 da Airbus foi adotada como aeronave de referência. Pelas especificações dessa aeronave, obtém-se que a distância mínima de decolagem com peso máximo nas condições normais já descritas é de 3000 m, sua envergadura é de 79,75 m e sua bitola é de 12,46 m (admite-se daí uma distância entre bordos um pouco maior que 13,00 m). Assim, pela Tabela 7, percebe-se que a envergadura é mais crítica que a distância entre bordos, logo classifica-se essa pista como 4F.

2. Orientação e número de pistas

A orientação de uma pista de pouso e decolagem depende das condições de vento, do relevo, das aeronaves, da demanda, da geometria da área disponível, dentre outros fatores. Por recomendação da ICAO, a orientação das pistas é tal que o coeficiente de utilização do aeródromo não seja inferior a 95% para as aeronaves às quais o aeródromo é construído, em função do regime de ventos. Caso não seja possível identificar uma direção em que contemple esse nível de operacionalidade, deverão ser implantadas pistas em diferentes direções e alinhadas com os ventos predominantes. Não devem acontecer operações de pouso e decolagem, se a componente transversal do vento for superior a:

  • 20 nós (37 km/h): para aeronaves cujo comprimento de pista de referência seja superior ou igual a 1.500 m;
  • 13 nós (24 km/h): para aeronaves cujo comprimento de pista de referência esteja entre 1.200 m e 1.500 m;
  • 10 nós (19 km/h): para comprimentos de pista de referência inferiores a 1.200 m.

Ainda, deverá ainda ser verificado se o número de pistas é compatível com o movimento previsto de aeronaves. Uma pista simples opera a até 100 movimentos na hora-pico sob condições visuais (VFR). Sob condições de operação por instrumentos (IFR), a pista simples resiste a até 60 operações por hora, dependendo da frota.

3. Determinação de comprimento de pista

As características das aeronaves influenciam direta ou indiretamente no planejamento, projeto ou operação de aeroportos. O peso de uma aeronave, por exemplo, é um dos fatores determinantes na análise do comprimento necessário de pista para as operações de pouso e decolagem. Daí, define-se:

  • Carga Paga (CP): soma de todos os pesos de itens que produzem renda para o transportador, tais como: passageiros, bagagens e correio.
  • Carga Paga Máxima Estrutural (CPM): máximo peso que a carga paga pode atingir.
  • Peso Operacional Vazio (POV): peso próprio da aeronave com todos os dispositivos necessários ao voo, exceto combustível e carga paga.
  • Peso Zero Combustível (PZC): peso próprio da aeronave com todos os dispositivos necessários ao voo mais sua carga paga, sem combustível.
  • Peso Máximo de Rampa (PMR): peso máximo autorizado para a aeronave manobrar no solo, inclusive do táxi à cabeceira da pista.
  • Peso Máximo Estrutural de Decolagem (PMED): peso máximo autorizado para decolagem por razões de integridade estrutural. É composto pelo POV mais CP e peso do combustível para a etapa, além de reservas regulamentares. Comumente denominado como “peso máximo para liberação dos freios” (Maximum Break Release Weight).
  • Peso Máximo Estrutural de Aterrissagem (PMEA): peso máximo autorizado de modo a garantir a integridade do conjunto dos trens de pouso.

a) Cálculo do comprimento de pista de decolagem

A análise de ábacos OEW PLUS PAYLOAD x RANGE (POV + CP x Alcance de Voo) é muito importante na definição do peso a ser empregado para o dimensionamento de comprimento de pista. A seguir, tem-se um exemplo desse tipo de ábaco para a aeronave B737-400 da Boeing.

O comportamento das aeronaves durante as operações de pouso e decolagem, no entanto, é influenciado diretamente por alguns parâmetros do local onde o aeroporto está situado. Devido a isso, caso os ábacos de desempenho de aeronaves não contemplem situações a serem analisadas, no planejamento, pode-se adotar índices de correção recomendados pela ICAO. Esses fatores de correção se referem ao comprimento de pista de decolagem determinado para as condições de atmosfera padrão, altitude ao nível do mar, sem vento e declividade zero de pista. Os índices recomendados são:

  • Para altitude (Fa): acréscimo de 7% do comprimento de pista para cada 300 metros de elevação acima do nível do mar;
  • Para declividade (Fd): acréscimo de 10% para cada unidade percentual de declividade longitudinal efetiva (DLE) da pista. A DLE é obtida pela razão entre a diferença de cotas máxima e mínima da pista pelo seu comprimento.
  • Para temperatura (Ft): acréscimo de 1% do comprimento de pista cada grau Celsius que a temperatura de referência exceder a temperatura padrão. A temperatura de referência (Tref) é definida como aquela obtida através da média mensal das temperaturas máximas diárias do mês mais quente do ano. O mês mais quente é aquele que possui a maior temperatura média mensal. A Tref deve ser obtida através de médias obtidas em vários anos de observação. Já a temperatura padrão (Tp) pode ser calculada em função da elevação do aeródromo (h) pela fórmula:

Tp = 15 – 0,0065∙h

A correção conjunta de altitude e temperatura, no entanto, não deve ultrapassar 35%. Para esses casos, faz-se necessários estudos específicos.

A seguir, vê-se um exemplo de ábaco de desempenho de decolagem de uma aeronave B737-400.

b) Cálculo do comprimento de pista de pouso

O cálculo do comprimento de pista de pouso é mais simples. O conhecimento do peso de aterrissagem permite, para vários valores de altitude, associar a distância de aterrissagem necessária para as condições de pista seca e de pista molhada. Deve-se observar que, apesar da evidente influência da declividade da pista nesse comprimento, não são adotados fatores de correção para declividade e nem para a temperatura.

Esse cálculo também se faz útil na determinação de saídas de pista ao longo da pista de pouso e decolagem. A seguir, vê-se um exemplo de ábaco de desempenho de aterrissagem de uma aeronave B737-400.

Dimensione o comprimento de pista de decolagem, em condição de pista seca, para atender a uma aeronave B737-400 com carga paga de 8.800 kg para um voo de alcance de 1.750 milhas náuticas. A altitude do aeroporto é de 600 metros acima do nível do mar, sua temperatura de referência de 16,1°C e sua declividade efetiva de 0,3%.

Consultando o manual da aeronave, obtém-se que POV = OEW = 33200 kg. Logo:

POV+CP=OEW+PAYLOAD=33.200+8.800=42.000 kg

Alcance=RANGE=1.750 nm

Com isso, pelo ábaco OEW PLUS PAYLOAD x RANGE, observa-se que o peso total de decolagem (BRAKE RELEASE GROSS WEIGHT) é de 54.430 kg.

Daí, pelo ábaco de desempenho da aeronave em decolagem, identifica-se um comprimento próximo a 1.700 metros em condições de temperatura padrão, zero declividade e 600 metros acima do nível do mar.

Assim, basta agora aplicar fatores de correção de temperatura e declividade:

Tp=15-0,0065∙600=11,1°C

Ft=1+(Tref-Tp)100=1+(16,1-11,1)100=1,05

Fa=1+10∙0,3100=1,03

Lpista=1700∙1,05∙1,03=1.839

Portanto, a pista de decolagem deve ter, no mínimo, 1.839 metros de comprimento.

4. Geometria das pistas

Os requisitos geométricos, na prática, são decorrentes da classificação da pista (código alfanumérico).

a) Largura mínima

b) Declividade longitudinal máxima

  • 1,25% quando o número-código for 4, excetuando o primeiro e o último quarto do comprimento da pista, nos quais a declividade não deve exceder 0,8%;
  • 1,5% quando o número-código for 3, excetuando o primeiro e o último quarto do comprimento da pista, quando esta for de aproximação de precisão de categoria II (CAT 2) ou III (CAT 3), nos quais a declividade não deve exceder 0,8%;
  • 2,0% quando o número-código for 1 ou 2.

É recomendada também que a declividade efetiva, obtida ao se dividir a diferença ente a cota máxima e a cota mínima, verificadas ao longo do eixo da pista, pelo comprimento desta, não exceda:

  • 1% quando o número-código for 3 ou 4;
  • 2% quando o número-código for 1 ou 2.

c) Declividade transversal máxima

É recomendado, para facilitar o rápido escoamento das águas pluviais, que a superfície da pista seja convexa, com declividades transversais simétricas em relação ao eixo da pista e constantes ao longo dela. No entanto, essas declividades não devem exceder:

  • 1,5% quando a letra-código for C, D, E ou F;
  • 2,0% quando a letra-código for A ou B.

d) Stopway (Zona de Parada)

Durante o procedimento de decolagem, ainda na pista, o piloto sabe que até atingir a velocidade de decisão, estabelecida previamente para operação, se ocorrer algum problema de falha, ele deve abortar a decolagem e imediatamente iniciar a desaceleração da aeronave. Para garantir a existência de um espaço suficiente para completa desaceleração da aeronave, pode haver um prolongamento da pista, uma área chamada stopway, com a mesma largura da pista e especialmente destinada para servir de complemento desta nos casos de decolagens interrompidas. A principal diferença entre a pista e a stopway geralmente é verificada na estrutura do pavimento, sendo a da stopway consideravelmente mais econômica.

e) Faixa de Pista

A pista de pouso e decolagem, bem como suas zonas de parada associadas, deverão estar incluídas dentro da faixa de pista que deve se estender após a cabeceira e além do final da pista ou da área de parada a uma distância de pelo menos:

  • 60 m onde o número-código for 2,3 ou 4;
  • 60 m onde o número-código for 1 e a pista permitir operação por instrumentos;
  • 30 m onde o número-código for 1 e a pista for não instrumentada.

Quando inclui uma pista com aproximação de precisão ou não, deve, sempre que praticável, estender-se lateralmente ao longo do comprimento da faixa e para cada lado do eixo da pista a uma distância de pelo menos:

  • 150 m onde o número-código for 3 ou 4;
  • 75 m onde o número-código for 1 ou 2;

Se a pista for não instrumentada, aplica-se o seguinte:

  • 75 m onde o número-código for 3 ou 4;
  • 40 m onde o número-código for 2;
  • 30 m onde o número-código for 1.

f) Runway End Safety Area – RESA (Área de Escape)

Devem existir áreas de segurança em cada extremidade de uma faixa de pista se esta possuir número-código 3 ou 4; ou número-código 1 ou 2 e for IFR.

A RESA deve ser estendida do final da faixa de pista para a maior distância que for praticável, mas no mínimo 90 m. Sua largura deve ser, no mínimo, duas vezes à da pista associada. Um objeto situado nessa área que possa causar danos às aeronaves deve ser considerado como um obstáculo e, tanto quanto for praticável, ser removido.

g) Clearway (Zona Livre de Obstáculos)

Logo após o desprendimento da aeronave do solo, quando a mesma não atingiu uma velocidade suficientemente alta, a razão de subida é da ordem de 1% a 3%. Esse fato justifica a preocupação de se manter um espaço aéreo desobstruído (clearway), logo após a cabeceira da pista.

É recomendado que a clearway comece no extremo da pista oposta à cabeceira de decolagem. Seu comprimento pode ser no máximo igual à metade do comprimento da pista. Deve estender-se, lateralmente, a partir do eixo da pista, a uma distância mínima de 75 m. O terreno compreendido pelo clearway não deve se elevar acima de um plano inclinado com declividade ascendente de 1,25%, tomado em relação plano horizontal:

  • perpendicular ao plano vertical que contenha o eixo da pista;
  • e que passe pelo ponto situado no extremo do eixo da pista.

5. Sinalização aeroportuária

O balizamento noturno e as marcas ou sinalização diurnas são essenciais para o uso eficiente e seguro do aeroporto. Conforme preconiza a FAA (AC 150/5340), as marcas regulamentares (marcação mínima) dependem da classificação da pista:

  • Pista com Operação Visual;
  • Pista com Operação Instrumentada;
  • Pista com Operação Instrumentada de Precisão.

Curiosamente verifica-se que quanto mais instrumentada é a pista, maiores são os requisitos para sua sinalização. Isto se deve ao fato de, para esses casos, instrumentada de precisão, ser permitida, operação sob condições de fraca visibilidade. É bom frisar que uma pista é instrumentada com precisão, quando os equipamentos fornecem à aeronave informação de posicionamento espacial (ILS ou radar). Uma pista instrumentada simples é dotada de VOR, por exemplo.

a) Auxílios visuais diurnos

Segundo o Anexo 14 da ICAO, as pistas pavimentadas com operação visual devem ser dotadas, no mínimo, de:

 

  • Marcas de Eixo de Pista (Center Line): são faixas pintadas (de 30 m de comprimento) intervaladamente (a cada 20 m) pintadas sobre o eixo da pista. A largura mínima das mesmas varia: 30 cm nas pistas de operação visual e 45 cm e 90 cm para as pistas instrumentadas. Ajustes nos comprimentos ou espaçamentos entre as faixas (função do comprimento da pista) devem ser realizados no ponto médio da pista.
  • Marcas de Numeração de Cabeceira: pistas são identificadas por números em suas cabeceiras. Em cada cabeceira, na posição de largada para a corrida de decolagem, é marcado o azimute da pista em relação ao Norte Magnético em dezenas de graus no sentido horário. Em função da variação da declinação magnética, direções como 135 graus podem receber a numeração 13 ou 14 (correspondente aos 130 ou 140 graus). Assim sendo em uma mesma pista (cabeceiras em oposição) teremos uma numeração sempre com diferenças de 180 graus, isto é, de 18. Pista 01-19, 02-20, 03-21 e assim sucessivamente. O desenho dos algarismos é padronizado com 9 m de altura, não ultrapassando a 4 m de largura. Além do número, a designação de cabeceira pode receber uma letra (L, C ou R) em casos de pistas paralelas: L (left) para esquerda, C (central) para a pista central e R (right) para a pista da direita.
  • Marcas de Espera: o cruzamento de fluxos (interceptação de pistas) deve ser marcado por uma linha contínua (ou duas) para entrada na pista de maior precedência e uma barra (ou duas) tracejada (paralela à linha contínua) para a saída da pista de maior precedência. Isso representa a liberdade de sair da pista principal, permitindo, o mais rápido possível, sua liberação para novos usos. Assim como o traço contínuo representa um sinal de parada, obrigatório para quem pretende adentrar a pista principal, somente quando autorizada. A distância que essas linhas devem estar, para sinalizar o ponto onde a aeronave deve parar, depende do emprego ou não de equipamentos de auxílio à rádio-navegação que exigem áreas livres para não prejudicar seu funcionamento.

Para as pistas instrumentadas, além das três marcas anteriores, no mínimo, devem ser pintadas também as:

  • Marcas de Cabeceira (Threshold): São faixas de 30 m por 1,8 m simetricamente dispostas em relação ao eixo. O espaçamento é de 1,8 m entre as faixas e de 3,6 m entre as faixas centrais. Pistas maiores ou menores de 45 m podem ter alteradas, proporcionalmente, as larguras e as separações entre as faixas. Essas são colocadas a 6m do limite da cabeceira da pista. O número de faixas é variável: 4, nas pistas de 18 m, 8 nas de 30 m, 12 nas de 45 m e 16 faixas nas pistas com largura de 60 m.
  • Marcas de Distância Fixa (Fixed Distance Marks): Compõem-se de dois pares de faixas, um par para cada cabeceira, sendo cada faixa com 4 a 10 m de largura e 30 a 60 m de comprimento, separadas de 6 a 22,5 m simetricamente postadas em relação ao eixo da pista. Cada par é pintado a 150 m (pistas de comprimento inferior a 800 m), 250 m (pistas entre 800 e 1200 m), 300 m (pistas entre 1200 e 2400 m) e 400 m (pistas superiores a 2400 m). Servem para o piloto como uma referência de que distância se está em relação às cabeceiras da mesma.

    Além dessas, acrescentam-se em pistas de precisão as seguintes marcas:

  • Marcas de Zona de Toque (Touch Down Zone): Para facilitar a localização do piloto na pista, pintam-se faixas paralelas pela extensão da pista que compete o toque da aeronave com o solo. São faixas de 22,5 m por 1,8 m de largura. São dois conjuntos paralelos de três faixas (entre essas, a separação é de 1,5 m) separados de 21,6 m e marcados a 150 m da cabeceira. A cada 150 m de distância a mais, pintam-se novos conjuntos com as seis faixas, depois com quatro, outro com quatro, e mais um com duas e, finalmente, a 900 m da cabeceira, um último com duas faixas. A distância mantida entre as faixas mais próximas ao centro da pista é de 21,6 m, em todos os conjuntos. A pista normalmente apresenta essa sinalização para ambas as cabeceiras.
  • Marcas de Bordo de Pista: Para distinguir a pista do terreno a sua volta se pinta uma faixa contínua nos dois bordos da pista com espessura de 90 cm.

Todas as marcas em pista de pouso devem ser em branco. Para melhor discriminação de fundo, as marcas podem ser molduradas em negro. As marcas em pista de táxi e pátios são pintadas em amarelo.

b) Auxílios visuais noturnos

O Anexo 14 da ICAO descreve também os sistemas de balizamento noturno com o objetivo de propiciar aos pilotos condições para efetuarem operações de aproximação, pouso, circulação e decolagem à noite.

Para pistas de pouso:

  • Luzes de obstáculos
  • Sistema de Luzes de Aproximação
  • Luzes Laterais de Pista (branca ou âmbar)
  • Luzes de Cabeceira de Pista (verdes)
  • Luzes de Fim de Pista (vermelhas o REIL- Runway End Identificator Light)
  • Luzes de Eixo de Pista (branca ou âmbar)
  • Luzes de Zona de Toque

Para pistas de táxi:

  • Luzes Laterais de Pista (azuis)
  • Luzes de Eixo de Pista (verdes)
  • Luzes de Saída de Pista
  • Luzes de Parada (vermelho)

O VASIS (Visual Approach Slope Indicator System) e suas derivações, como o PAPI (Precision Approach Path Indicator), constituem-se em auxílios com uso de luzes para operação (diurna ou noturna), que permitem ao piloto se localizar em relação a uma trajetória indicada de descida (se acima, se abaixo ou sobre a trajetória de aproximação especificada pelo equipamento).

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