BR112012017231B1

BR112012017231B1 - Leito de retenção de veículos

Info

Publication number: BR112012017231B1
Application number: BR112012017231-0A
Authority: BR
Inventors: A Narmo Jon
Original assignee: Runway Safe IPR AB
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2020-12-15
Also published as: WO2011087375A1; RS55041B1; EA201290613A1; EA023395B1; CA2786477A1; PL2523857T3; PT2523857T; SMT201600241B; KR20120127589A; GB2476944A; EP2523857B1; JP2013517171A; IN2012DN06458A; BR112012017231A2; EP2523857A1; US8579542B2; ES2581853T3; CN102822057A; MX338142B; CA2786477C

Abstract

leito de retenção de veículos a presente invenção está correlacionada a leitos de retenção para desaceleração de veículos, especialmente de aeronave de passageiros incapazes de parar em pistas de pouso disponíveis, em que o sistema compreende uma área de retenção de veículo (a), compreendendo um leito cheio de agregado de vidro esponjoso (1), com tamanhos de partículas variando de 0,25 cm a 15 cm, e frações de vazios nominais de cerca de 70 a 98%, e uma cobertura de topo (4) cobrindo a superfície superior do leito de agregado de vidro esponjoso.

Description

A presente invenção está correlacionada a leitos de retenção para desacelerar veículos, tais como, aeronaves, incapazes de parar em pistas de pouso disponíveis.

Antecedentes da Invenção

Um dos problemas de segurança na aviação é o das aeronaves durante a decolagem ou aterrissagem, ocasionalmente com invasões das pistas de pouso disponíveis e que terminam em terrenos atrás da pista de pouso. Existem diversos exemplos de tais acidentes com resultados catastróficos, tanto em termos de danos materiais, como em perdas de vida ou graves danos à saúde de pessoas envolvidas. Isso é identificado em uma faixa de possíveis causas desses tipos de acidentes, tais como, descoberta nos últimos instantes de falhas mecânicas da aeronave que tornam necessário abortar a decolagem, falhas de frenagem da aeronave, inesperados incidentes de condições do tempo, Eros do piloto, etc. A grande variedade de causas que provocam essas invasões torna improvável a possibilidade de introduzir medidas para totalmente evitar essas situações na aviação.

Assim, para aliviar e evitar as graves consequências de situações de invasão é necessário a provisão de pistas de pouso com meios de captura e/ou retardamento de aeronaves que invadem a pista de pouso, de uma maneira segura. Para aeródromos com amplo espaço disponível por trás da pista de pouso, uma solução óbvia seria simplesmente prolongar a pista de pouso para permitir às aeronaves um amplo espaço para parar, através do uso de freios ou da força de reversão do motor.

Entretanto, diversos aeródromos não possuem espaço disponível para prover um suficiente prolongamento da pista de pouso e também existem incidentes onde uma invasão é causada por mau funcionamento dos sistemas de freios das aeronaves. Portanto, é vantajosa a provisão de aeródromos com um ou mais dispositivos para exercer uma força de desaceleração externa nas aeronaves que invadem a extremidade da pista de pouso e que são capazes de forçar a aeronave a parar em uma velocidade de desaceleração que é tolerável para a construção mecânica da aeronave, especialmente, do trem de pouso, e das pessoas a bordo da aeronave.

Estado da Técnica

Uma solução conhecida para fazer parar aeronaves (ou outros veículos de rodas) é proporcionar uma zona retentora. Uma zona retentora é uma zona feita de um leito raso de um material relativamente maleável por cima de um material duro, capaz de suportar as rodas do veículo. Quando um veículo entra na zona retentora, suas rodas irão afundar um pouco dentro do material macio e, desse modo, obter um significativo aumento de arraste da carga. A massa maleável da zona retentora, desse modo, absorve a energia cinética do veículo e proporciona ao mesmo uma parada segura. As zonas retentoras são vantajosas para uso em aeródromos pelo fato de serem de natureza passiva e não possuírem partes móveis, de modo que estão sempre prontas para uso.

Um exemplo de zonas retentoras é divulgado na Patente U.S. No. 3.066.896, onde a zona retentora consiste de uma disposição de bacia rasa cheia de líquido, de extensão de cerca de 300 m, colocada na extremidade da pista de pouso, e que é coberta com uma forte, mas, flexível, cobertura de topo. A bacia cheia de líquido com a cobertura de topo irá formar uma zona maleável na extremidade da pista de pouso, que será rebaixada pelas rodas de uma aeronave que circula na cobertura de topo.Devido à necessidade de impulsionar para fora o líquido subjacente quando as rodas se deslocam sobre a cobertura de topo, a zona rebaixada cria um considerável aumento da resistência ao rolamento das rodas e, assim, funciona como uma zona retentora que induz uma força de desaceleração na aeronave.

A Patente U.S. No. 3.967.704 divulga o uso de um material triturável como leito de material retentor, adjacente a uma trilha de veículo. Um veículo que circula fora de sua trilha irá entrar em uma zona com uma camada desse material triturável; as rodas do veículo irão penetrar dentro do material triturável e, desse modo, induzir urna significativa resistência ao rolamento, a qual irá desacelerar o veículo. O material triturável é uma espuma curada de resistência à compressão, variando de cerca de 100 a 350 kPa (15 a 50 psi), para prover um retardamento de uma aeronave da ordem de 0,7 - 0,9 g. Resinas de uréia/formaldeído são mencionadas como adequadas espumas curáveis.

A Patente U.S. No. 5.193.764 divulga um leito de retenção feito de placas de espuma rígida, quebradiça, resistente ao fogo, conectadas de modo a formar um painel. As placas de espuma devem, preferivelmente, ser feitas de espuma fenólica, tendo uma espessura na faixa de 2,5 a 15,2 cm e uma resistência à compressão na faixa de 137 a 552 kPa (20 a 80 psi).

A Administração Federal de Aviação dos Estados Unidos pesquisou o uso de diferentes materiais para a produção de zonas de retenção para aeronaves. Em estudos feitos por Robert Cook e outros, "Soft Ground Aircraft Arrestor Systems: Final Report", Washington DC, Federal Aviation Administration, 1987, FAA/PM-87-27, e "Evaluation of a Foam Arrestor Bed for Aircraft Safety Overrun Areas", Dayton: University of Dayton Research Institute, 1988, UDR-TR-88-07,é discutida a necessidade de se dispor de materiais maleáveis, com comportamento mecânico confiável e consistente, diante de mudanças de condições climáticas. O comportamento mecânico de materiais maleáveis, tais como, argila ou areia, depende do teor de umidade, isto é, a argila seca é dura e proporciona um pequeno efeito de arraste, enquanto a argila úmida é bastante maleável, de modo que as rodas podem se afundar e obter um arraste que provoca o rompimento do trem de pouso. As disposições de bacias de água rasa são encontradas para funcionar satisfatoriamente como leitos de retenção para aeronaves, em velocidades de 90 km/h (50 nós) ou menos, irão também atrair pássaros e ainda ter problemas com congelamento em climas frios. Outro possível problema com os leitos de retenção é que as rodas das aeronaves podem criar um choque com material particulado, o qual pode ser ingerido pelas turbinas das aeronaves, quando as ditas aeronaves passam em alta velocidade sobre o leito de retenção. Os estudos de Cook e outros também pesquisaram a adequação de diversos materiais retentores de espuma e descobriu nesse contexto que as espumas cimentícias apresentam vantagens em relação às espumas poliméricas.

Em posteriores estudos feitos por White e Agrawal, "Soft Ground Arresting Systems for Airports: Final Report", Washington DC, Federal Aviation Administration, 1993, CT-93-80, foi descoberto que materiais trituráveis, tais como, resina fenólica e cimento celular apresentam vantagens na provisão de uma previsível carga de arraste conferida ao trem de pouso e propriedades mecânicas constantes em uma ampla faixa de temperatura. O cimento celular foi o material escolhido devido à sua reação próxima de zero após moagem, e ainda devido à composição quimicamente inerte.

A Patente U.S. No. 6.726.400 divulga um leito de retenção de concreto celular, tendo extensão, largura e espessura que incluem primeira e segunda filas laterais de blocos de concreto celular compressível, cada bloco tendo uma característica de gradiente de resistência compressiva (CGS), representando um selecionado gradiente de resistência com profundidade compressiva, sobre urna profundidade de penetração de pelo menos 10 a 60% da espessura do bloco, a característica de resistência de gradiente compressiva sendo selecionada para prover uma gradual desaceleração de um veículo que entra no dito, leito. Os blocos de concreto são descritos como tendo uma densidade seca na faixa de 192 a 352 kg/m . A primeira fila de blocos deve ter uma característica de CGS de 60/80, nominalmente igual a 482,6 MPa (70 psi), e a segunda fila de blocos ter uma característica de CGS de 80/100, nominalmente igual a 620,5 MPa (90 psi), quando aferidas sobre a dita profundidade de penetração dos respectivos blocos.

Um estudo feito por Stehly, "Report of Concrete Testing, Project: Engineered Material Arresting System Minneapolis/Sl. Paul Airport", American Engineering Testing Inc, 2007, 05-03306, descobriu que o desempenho do leito de retenção à base de concreto se deteriorou após a instalação em 1999.

Objetivo da Invenção

O principal objetivo da invenção é proporcionar um sistema de retenção, capaz de desacelerar veículos de forma segura.

Outro objetivo da invenção é proporcionar um sistema de retenção, com superior desempenho para múltiplas aeronaves.

Descrição da Invenção

A invenção é baseada na verificação de que agregados brutos esponjosos quebrados feitos de vidro podem ser usados para formação de leitos de retenção de baixo custo de investimento e baixo custo de manutenção para retenção de veículos, e na descoberta de que os agregados esponjosos de vidro exibem um exponencial aumento de absorção de energia, com aumento da taxa de compressão. Essa última descoberta proporciona uma vantagem de que a taxa de compressão do material em um leito de retenção é uma função da profundidade de penetração das rodas do veículo que está sendo retido, de modo que o aumento exponencial de absorção de energia, com aumento de profundidade de penetração da roda, torna o agregado de vidro esponjoso bastante adequado para uso como leito de retenção de múltiplos propósitos, idealizado para uso em veículos de grandes variações de peso.

O termo “vidro”, conforme aqui usado, significa um sólido amorfo, normalmente chamado de vidro de cal de soda ou vidro de soda, mas, também, pode incluir outros tipos de vidro, como, por exemplo, vidro de borossilicato. O vidro de cal de soda é tipicamente feito mediante fusão de matérias-primas, incluindo uma ou mais 5 matérias-primas de carbonato de sódio (soda), calcário, dolomita, dióxido de silício, óxido de alumínio, e pequenas quantidades de aditivos. Os vidros de borossilicato são feitos mediante fusão de óxido de boro, dióxido de silício e pequenas quantidades de aditivos. O termo “agregado de vidro esponjoso”, conforme aqui usado, significa um vidro que c fundido, aerado, solidificado, e depois moído em partículas com tamanhos variando de 0,25 cm a 15 cm (cerca de 0,1 a 5,9 polegadas). O vidro aerado pode apresentar frações de vazios nominais de cerca de 70 a 98%.

Assim, em um primeiro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema de retenção de veículos, em que o sistema compreende: - uma área de retenção de veículos compreendendo um leito cheio com agregado de 15 vidro esponjoso, com tamanho de partículas variando de 0,25 cm a 15 cm, e frações de vazios nominais de cerca de 70 a 98%; e - uma cobertura de topo cobrindo a superfície superior do leito de agregado de vidro esponjoso.

Em um segundo aspecto, a presente invenção se refere a um método para 20 retenção de veículos, em que o método compreende: - produzir um leito no solo onde os veículos deverão ser retidos; - encher o leito com agregado de vidro esponjoso, com tamanho de partículas variando de 0,25 cm a 15 cm, e frações de vazios nominais de cerca de 70 a cerca de 98%: e - cobrir a superfície de topo do leito com uma cobertura superior. Em um terceiro aspecto, a presente invenção se refere ao uso de umagregado de vidro esponjoso em sistemas de retenção de veículos.

Em um quarto aspecto, a presente invenção se refere ao uso de um agregado de vidro esponjoso, com tamanho de partículas variando de 0,25 cm a 15 cm, e frações de vazios nominais de cerca de 70 a 98% em sistemas de retenção de veículos.

O termo “veículo”, conforme aqui usado, significa qualquer estruturamecânica automotiva que se movimenta sobre a terra mediante uso de rodas e/ou esteiras. O termo também inclui aeronaves que se movimentam em solos/aeroportos. Também, o termo pode incluir veículos não-automotivos, como, por exemplo, bicicletas.

O termo “cobertura de topo”, conforme aqui usado, significa qualquer cobertura de massa do agregado que irá impedir a massa de agregado ser contaminada ou cheia de partículas transportadas pelo ar, ou submetida ao crescimento de plantas ou de outros impactos ambientais, que venham a interferir com o desempenho da massa de agregado de vidro esponjoso. A cobertura de topo deve ser suficientemente mecanicamente forte, de modo a manter a parte volumosa da massa de agregado limpa, mas, não tão forte que venha a impedir- que as rodas de um veículo sejam retidas da penetração através da cobertura e que entrem na massa de agregado. Exemplos de adequadas coberturas de topo são as lonas poliméricas, folhas de plástico, turfa artificial, etc. Entretanto, qualquer cobertura capaz de proteger a massa de agregado, mas, incapaz de suportai- as rodas do veículo, pode ser empregada. Vantajosamente, a cobertura de topo pode receber um aspecto decorativo, mediante aplicação de materiais com apelo estético ou que aparecem em harmonia com o ambiente. Uma turfa artificial imitando a aparência de um gramado pode ser um exemplo de uma cobertura de topo estética.

O termo “fração de vazio nominal”, conforme aqui usado, inclui frações de vazios que surgem dos poros micro-estruturais do vidro esponjoso e frações entre pedaços de agregados - a fração de vazios nominal global devendo ser assim entendida como o efeito líquido dessas duas frações tomadas em conjunto. Assim, a fração de vazio nominal corresponde à densidade global do agregado de vidro esponjoso. Em caso de, por exemplo, utilizar um vidro de silicato, que possui uma densidade na fração de vazio nominal zero de cerca de 2500 kg/mJ, uma fração de vazio nominal de 98% irá significai- então que 1 m3 de agregado de vidro esponjoso irá pesar cerca de 50 kg, enquanto uma fração de vazio nominal de 70% corresponde a um peso de cerca de 750 kg/m3.

O termo “leito”, conforme aqui usado, deve ser entendido como um termo genérico que cobre qualquer forma de depressão/cavidade formada no solo. A depressão/cavidade pode ser simplesmente formada mediante remoção do volume de massa/aterro com posterior enchimento da depressão/cavidade com o agregado de vidro esponjoso para formação de um leito de material agregado, a partir do qual o plano da superfície superior é alinhado com o plano da superfície do solo envolvente. Alternativamente, o leito do agregado de vidro esponjoso pode ser mantido no local mediante uso de taludes ou outra forma de estrutura mecânica, isto é, paredes, em volta do perímetro do leito, nos casos em que é necessária uma maior resiliência mecânica. O leito pode também ser disposto sobre o solo, sem formar uma depressão/cavidade ou, alternativamente, mediante formação de uma estreita depressão/cavidade, de modo que o leito de agregado de vidro esponjoso se saliente de uma distância acima do nível de superfície do solo. Nesses casos, a massa de agregado precisa ser contida através do uso de taludes ou outra forma de estrutura mecânica ao longo do perímetro do leito. Se os taludes/estrutura mecânica se salientarem de uma distância acima do nível do solo, a última modalidade pode precisar de meios para fazer com que o veículo entre no leito de agregado de uma maneira suave, tal como, por exemplo, uma rampa, etc., que encaminha o veículo para dentro do leito. O fundo do leito pode ser provido de, por exemplo, um piso na depressão/cavidade, para mecanicamente reforçar o fundo do leito, quando necessário.

As dimensões e localização do leito de retenção são dependentes do uso pretendido, ou seja, da massa do veículo, de sua velocidade e pressão de compressão das rodas do veículo sobre o material de agregado de vidro esponjoso. O material de agregado induz uma força de arraste sobre as rodas do veículo, por ser incapaz de suportai- a força de compressão induzida pelas rodas, de modo que elas afundam numa determinada distância dentro do material de agregado e, desse modo, marcam uma trilha/fenda/sulco no material de agregado quando passam sobre o leito de retenção. Assim, a funcionalidade do leito de retenção é amarrada à resistência à compressão do agregado de vidro esponjoso, que é uma função da fração de vazio nominal do vidro esponjoso, da extensão da zona retentora e da profundidade do leito cheio do agregado de vidro esponjoso.

Em princípio, a invenção pode funcionar com vidro esponjoso, com qualquer conhecida fração de vazio nominal, mas, na prática, haverá um limite decidido pela pressão do solo induzida pelas rodas dos veículos que deverão ser retidos. As rodas devem ser capazes de afundar numa determinada distância dentro da massa de agregado, a fim de receber uma efetiva força de arraste, e vice-versa, as rodas não devera penetrar demasiadamente profundo, uma vez que isso irá resultar em uma foca de arraste demasiadamente alta e em velocidades de desaceleração que poderão ser prejudiciais ao veículo ou às pessoas a bordo. Assim, é acreditado na prática, que a fração de vazio nominal do vidro esponjoso que é empregada no agregado pode variar de uma aeração relativamente baixa, com uma fração de vazio nominal de 70%, para vidros altamente aerados com fração de vazio nominal de 98%. Qualquer fração de vazio nominal entre esses dois valores pode se empregada, e também pode ser empregada qualquer mistura de agregados de vidro esponjoso com diferentes frações de vazios nominais dentro desses limites. Também, pode ser objetivado empregar vidro esponjoso com frações de vazios nominais exteriores a essa faixa.

Pesquisas sobre o agregado de vidro esponjoso para uso nos sistemas de retenção idealizados para reter aeronaves, executadas por Matthew Barsotti e outros [1], encontraram que o agregado de vidro esponjoso com uma densidade de 154 kg/m , correspondente a uma fração de vazio nominal de 93,8% e com uma graduação, isto é, tamanhos de partículas do agregado na faixa de 0,4 - 6,3 cm (0,2 - 2,4 polegadas), e com um tamanho médio de partícula do agregado de 4,8 cm (1,9 polegadas) é bem adequado para uso em sistemas de retenção de aeronaves de múltiplas finalidades, A distribuição do tamanho de partículas do agregado é de 0,88% em peso de partículas com tamanho de 4 a 8 mm, 0,29% em peso com tamanho de 8 a 12,5 mm, 1,03% em peso com tamanho de 12,5 a 14 mm, 1,91% em peso com tamanho de 14 a 16 mm, 4,21% em peso com tamanho de 16 a 20 mm, 33,45% em peso com tamanho de 20 a 31,5 mm, 35,30% em peso com tamanho de 31,5 a 40 mm, 15,13% em peso com tamanho de 40 a 50 mm, 5,74% em peso com tamanho de 50 a 63 mm, e 0,31% em peso com tamanho acima de 63 mm. Esses testes foram realizados com o objetivo de definir um ótimo retentor de aeronave de múltiplas finalidades, capazes de reter aeronaves variando de 50 assentos de passageiros (Bombardier CRJ-100/200) a 500 assentos de passageiros (Boeing B747-400).

Uma graduação de 0,4-6,3 cm, conforme aqui usada, é correlacionada ao tamanho da malha, isto é, de peneiras que são usadas para classificar as partículas, de modo que a graduação de 0,4 - 6,3 cm significa partículas de vidro esponjoso de grande tamanho, suficiente para não passar através de uma peneira com tamanho de malha de 0,4 cm, mas, suficiente para passar através de uma peneira com tamanho de malha de 6,3 cm.

Os testes realizados por Barsotti e outros mostra também que o agregado de vidro esponjoso apresenta uma vantajosa propriedade, em que a absorção de energia mecânica do material de agregado de vidro esponjoso aumenta exponencialmente com a força de compressão. Essa descoberta foi inesperada, uma vez que cada pedaço de vidro esponjoso do agregado é composto de vidro triturável e é mecanicamente esperado exibir similares propriedades dos materiais trituráveis convencionais empregados nos atuais retentores de veículos do tipo de bloco de espuma, conforme divulgado na Patente U.S. No. 6.726.400 indicada acima. Sem que seja ligado por qualquer teoria, é acreditado que o agregado de vidro esponjoso irá também exibir propriedades mecânicas contínuas, uma vez que os pedaços soltos de encaixe do agregado irão circular mais ou menos livres, quando expostos às forças de cisalhamento. O processo de compressão para a espuma do agregado consiste da compressão dos vazios micro-estruturais de espuma, assim corno, dos vazios intersticiais entre os pedaços do agregado. Esse modo de dupla compressão pode ser a razão pelo que o agregado de vidro esponjoso é encontrado como tendo um aumento exponencial na absorção de energia mecânica, com aumento da força de compressão. Esse comportamento é visto na figura 1 que mostra graficamente a história da carga dos testes de compressão realizados nas duas graduações do agregado de vidro esponjoso.

Os testes foram realizados mediante enchimento de um cilindro fechado, com diâmetro interno de 31,433 cm (12,375 polegadas), com agregado de vidro esponjoso de uma graduação, e prensagem de uma placa de diâmetro de 30,48 cm (12,00 polegadas) dentro do cilindro, a uma velocidade fixa de 7,62 cm/min (3 polegadas/min). A placa apresenta um diâmetro que é pelo menos seis vezes o tamanho característico das partículas do agregado, de modo a garantir um comportamento contínuo de material. O material foi colocado de modo frouxo dentro do cilindro, sem empacotamento.

Conforme mostrado no gráfico da figura I, é observado que o esforço ou tensão induzida, necessário para comprimir o material e, assim, a energia absorvida pelo material, aumenta exponencialmente com um aumento linear em grau de compressão do material. Além disso, foi encontrado nos testes que os dados da carga para os testes de duplicação foram acentuadamente consistentes, apesar da natureza aleatória dos pedaços de agregado para cada teste.

Entretanto, foi também encontrado que o tamanho de graduação do agregado apresenta um substancial efeito sobre a carga e absorção de energia. Assim, é necessário escolher cuidadosamente a graduação do agregado de vidro esponjoso para uso nos leitos de retenção. Outra importante observação desses testes é que o material de agregado de vidro esponjoso irá funcionar como um material compressive! de profundidade variável, em que as penetrações de roda mais profundas irão proporcionar um aumento na carga vertical, não apenas pelo fato de uma maior área superficial entrar em contato com o material do agregado, mas, também, pelo fato de que o material continuamente se endurece quando a compressão aumenta. É essa propriedade que torna o agregado de vidro esponjoso adequado para sistemas de retenção de múltiplas finalidades, capazes de manipular aeronaves de tamanhos acentuadamente diferentes, como, por exemplo, de pequenas aeronaves com pesos máximos de decolagem de cerca 5 de 24 toneladas métricas de uma aeronave a jato de 50 passageiros, tal como, umBombardier CRJ-100, a cerca de 590 toneladas métricas de uma aeronave de 500 passageiros, tal como, um Airbus A380.

Outro uso do sistema de retenção de agregado de vidro esponjoso é em zonas de segurança para carros de passageiros e/ou ônibus/caminhões que circulam emrodovias públicas. O sistema de retenção pode ser colocado adjacente à rodovia em curvas fechadas, em inclinações acentuadas, etc., a fim de reter os veículos que perderam a aderência à rodovia e que estão incontrolavelmente de deslocando para fora da mesma. Usos similares podem também incluir a retenção de bicicletas que perderam o controle quando da circulação em ciclovias. Uma zona de retenção adjacente com pequeno efeito de retenção pode proporcionar a necessária ajuda de frenagem para que o ciclista volte a ter o controle. Um adicional uso do sistema de retenção é como protetor físico para evitar o ataque de veículos de rodas. Qualquer área ou construção que precisa de proteção contra esses ataques realizados por veículos, pode ser protegida através da formação de zonas de retenção em torno das mesmas, o que garante que qualquerveículo que tenta penetrar na área/construção será retido. Esse uso de sistema de retenção pode ser vantajoso para bases das Nações Unidas em países onde existe o risco de ataques de caminhões/carros carregados com explosivos e dirigidos por motorista suicida. O sistema de retenção pode ser também usado em instalações militares onde existe a necessidade de fisicamente evitar que veículos entrem na área. Para esses usos, é objetivado empregar agregados de vidro esponjoso com altas frações de vazios nominais e, assim, baixa resistência à compressão, para garantir que os veículos que entram na área de retenção se tornem firmemente atolados.

Conforme já mencionado, a funcionalidade da invenção é dependente da fração de vazio nominal do agregado de vidro esponjoso e da graduação das partículas.Assim, o efeito da invenção é obtido quando a resistência à trituração do agregado de vidro esponjoso é correlacionada com a pressão das rodas no solo do veículo que está sendo retido.

Testes foram realizados em partículas de vidro esponjoso com graduação de 0,4 a 6,3 cm, tamanho médio de partícula de 4,8 cm e fração de vazio nominal de 86%, e os cálculos com base nesses testes mostraram que esse agregado é adequado para uso como sistema de retenção de múltiplas finalidades, inclusive aeronaves, quando as dimensões do leito são de 200 m de comprimento e 90 cm de profundidade. Para outras aplicações, pode ser necessário utilizar outras graduações e/ou frações de vazios nominais, para levar em consideração diferentes restrições correlacionadas às dimensões permitidas e/ou outros veículos que deverão ser retidos. Essas graduações e/ou frações de vazios nominais serão encontradas pelos especialistas versados na técnica, quando da realização de pesquisas comuns de tentativa e erro.

A ampla faixa de possíveis usos do sistema de retenção exige o uso de agregados de vidro esponjoso com uma grande variação de frações de vazios nominais e graduações. A presente invenção deve ser entendida como uma exploração geral de um novo material de retenção. É a exploração da descoberta do aumento exponencial de absorção de energia mediante taxas de compressão, combinado com o impacto ambiental bastante baixo e baixo custo de vidro aerado que é a essência da presente invenção. Assim, a invenção abrange qualquer possível desse material como retentor de veículos. Na prática, as frações de vazios nominais podem se dispor na faixa de 70 a 98% e a graduação na faixa de 0,25 cm a 15 cm. Qualquer fração de vazio nominal e graduação dentro desses limites pode ser empregada. Assim, o agregado de vidro esponjoso pode ter uma graduação com tamanhos de partículas de qualquer faixa, começando cora uma faixa de valores de 0,25, 0,30, 0,40, 0,50, 0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,00, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,2, 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, e 5,0 cm, e terminando em uma faixa de valores de 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 8,5, 9,0, 9,5, 10, 11, 12, 13, 14, e 15 cm. Faixas preferidas incluem graduações de 0,25 a 10 cm; de 0,5 a 8 cm; de 0,7 a 7 cm; e de 1 a 6 cm.

O agregado de vidro esponjoso pode também empregar partículas de vidro esponjoso com diferenças nas frações de vazios nominais. Assim, além de ter massas de agregados com uma fração de vazio nominal das partículas de vidro esponjoso, também, altemativamente, é possível utilizar massas de agregados cora misturas de frações de vazios nominais nas faixas que começam com um valor de 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 e 94%, e terminam com um valor de 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 e 95%. Faixas preferidas incluem as frações de vazios nominais de 80 a 98%; de 70 a 95%; e de 90 a 94%.

As partículas de vidro esponjoso apresentam uma microestrutura de célula fechada que limita a absorção de água, de modo que a água somente pode penetrar nos poros abertos mais externos das partículas. O agregado de vidro esponjoso foi utilizado em aplicações de engenharia civil, como, por exemplo, material de construção de enchimento leve, isolamento e proteção de congelamento de fundações de rodovias e terraços. Essas aplicações mostram que as propriedades mecânicas do agregado de vidro esponjoso são estáveis, quando de variações cíclicas de temperatura e umidade. Entretanto, a água estagnada que emerge das partículas de vidro esponjoso pode ser um problema em climas com ciclo de congelamento e descongelamento, uma vez que os poros externos mais abertos cheios de água podem encontrar erosão do congelamento. Isso pode ocasionar uma redução da graduação do material agregado no curso do tempo. Testes realizados no material mostraram que após 50 ciclos de congelamento/descongelamento em completa imersão em água, o material obteve uma diminuição de 47% da capacidade de absorção de energia.

Portanto, pode ser vantajoso dotar o leito de retenção com meios de drenagem para evitar que a água se torne estagnada na massa de agregado. Os meios de drenagem podem ser quaisquer meios atualmente conhecidos ou futuros projetos de engenharia civil para drenagem de um leito.

Alternativamente,a massa de agregado de vidro esponjoso no leito de retenção pode ser feita à prova de água, mediante cobertura com materiais geo-plásticos ou geo-têxteis, de modo a formar uma vedação contra a penetração de água. Esse procedimento é bem conhecido para os especialistas versados na técnica de aterramentos.

As dimensões da disposição de bacia não são características críticas da presente invenção, e serão projetadas com base em um pré-leito, dependendo do tipo de aeronave ou outro veículo a ser retido. Qualquer tamanho e projeto concebível da disposição de bacia de retenção irá se enquadrar dentro do escopo da invenção. Na prática, as dimensões da disposição de bacia terão profundidades variando de cerca de 10 cm a 200 cm e comprimentos de 1 m a 400 m. O projeto da disposição de bacia pode ser de qualquer forma geométrica adequada para a atual aplicação. Exemplos de possíveis configurações de projeto da disposição de bacia incluem, sem que seja a isso limitado, as formas triangulares, retangulares, circulares, elípticas, poligonais, trapezoidais ou qualquer combinação destas.

O leito de retenção pode, vantajosamente, ser dotado de zonas de transição nas partes periféricas adjacentes ao terreno/solo circundante. A funcionalidade das zonas de transição é prover um aumento gradual na carga arrastada do veículo que está sendo retido, quando da entrada no leito de retenção, ao ter um aumento gradual da profundidade do leito, quando circula a partir das bordas na direção da parte mais volumosa. A zona de transição pode ser formada ao apresentar um aumento gradual no leito ou ao apresentar paredes inclinadas do leito.

Relação das Finuras

A figura 1 é uma reprodução da figura 11-8 de [1], mostrando esforços de compressão medidos e absorção de energia para o agregado de vidro esponjoso com graduação de 0,4-6,3 cm, tamanho médio de partícula de 4,8 cm e fração de vazio nominal de 93,8%.

A figura 2 é um desenho esquemático de uma modalidade exemplificative da invenção, vista lateralmente.

A figura 3 é um desenho esquemático de outra modalidade exemplificative da invenção, vista lateralmente.

A figura 4 é uma reprodução da figura 11-22 de [1], mostrando a velocidade calculada da aeronave, a desaceleração e forças do trem de pouso de escoramento do nariz.

A figura 5 é um diagrama de barras mostrando a distribuição de tamanho de partículas de um agregado de vidro esponjoso, de acordo com uma modalidade exemplificativa da invenção.

A figura 6 mostra uma representação gráfica de testes de compressão no agregado de três frações de vazios nominais, cada uma com distribuição de tamanho de partícula conforme mostrado na figura 4.

Exemplo de Modalidades da Invenção

A invenção será descrita em maiores detalhes por meio de duas modalidades exemplificativas, idealizadas para uso como sistemas de retenção de aeronaves. Essas modalidades não devem ser consideradas como uma limitação da idéia inventiva geral de utilização de agregados de vidro esponjoso para retenção de veículos de quaisquer tipos.

Primeira Modalidade Exemplifícativa

Uma primeira modalidade exemplifícativa do sistema de retenção de veículos é produzida dentro do solo, sendo esquematicamente mostrada lateralmente na figura 2. A seção transversal vertical longitudinal do leito recebe a forma trapezoidal de altura (B) e comprimento (A), que se dispõe dentro do solo (2), de modo que a superfície superior (4) da zona de retenção é alinhada e se dispõe no mesmo nível do plano formado pelo solo circundante (2). Mediante uso de um modelo com uma seção transversal trapezoidal vertical do leito, é obtido que ambas as extremidades do leito sejam providas de suaves zonas de transição (3). O ângulo de inclinação (o.) pode, tipicamente, se dispor na faixa de 20-30°. O fundo (2) do leito pode ser provido de meios de drenagem (não mostrado), para evitar a formação de água estagnada no dito leito.

O leito é cheio com agregado de vidro esponjoso (1). A profundidade máxima do agregado de vidro esponjoso na presente modalidade é a altura (B) do trapézio, e o comprimento da zona de retenção é o comprimento (A) do lado superior do trapézio. A superfície superior do leito de agregado é coberta com uma camada de cobertura (4) de turfa artificial. Uma roda (5) de uma aeronave que entra no sistema de retenção é esquematicamente mostrada. As rodas circulam na direção mostrada pela seta, e irão penetrar através da cobertura superior (4) e afundar gr adual mente dentro do vidro esponjoso, quando as mesmas passarem sobre a zona suave de transição (2) e entrarem na parte volumosa do leito.

O agregado de vidro esponjoso apresenta uma fração de vazio nominal de 93,8% e as partículas do agregado (1) possuem uma agregação de 0.4-6,3 cm e tamanho médio de partícula de 4,8 cm. A distribuição do tamanho de partícula do agregado (1) é de 0,88% em peso de partículas com tamanho de 4 a 8 mm, 0,29% em peso com tamanho de 8 a 12,5 mm, 1,03% em peso com tamanho de 12,5 a 14 mm, 1,91% em peso com tamanho de 14 a 16 mm, 4,21% em peso com tamanho de 16 a 20 mm, 33,45% em peso com tamanho de 20 a 31,5 mm, 35,30% em peso com tamanho de 31,5 a 40 mm, 15,13% em peso com tamanho de 40 a 50 mm, 5,74% em peso com tamanho de 50 a 63 mm, e 0,31% em peso com tamanho acima de 63 mm. A distribuição de tamanho é mostrada graficamente na figura 4. A profundidade (B) do leito é de 91 cm e

O comprimento (A) da zona de retenção de 200 m. A seção transversal horizontal do leito (não mostrado) é retangular ou triangular. No caso de uma seção transversal retangular, a largura do leito é constante e deve ser pelo menos tão ampla quanto a pista na qual o sistema de retenção é colocado, mas, vantajosamente, pode ser mais larga, a fim de permitir algum desvio de curso da aeronave quando de sua entrada no leito de retenção. A capacidade de capturar aeronaves com desvios de curso quando da entrada no leito de retenção pode ser aumentada, mediante fonnação do leito de retenção com uma seção transversal triangular horizontal.

O presente inventor realizou medições da resistência à compressão do agregado (1), pressionando um pistão circular de diâmetro de 29,99 cm dentro de um barril cheio de agregado, e que apresenta um diâmetro interno de 30,0 cm. Os experimentos foram feitos para a mesma graduação do agregado (1), mas, com três diferentes frações de vazios nominais. Os resultados são apresentados na Tabela 1, e mostrados graficamente na figura 5. Todos os três agregados apresentam a agregação indicada acima, o que é mostrado na figura 4.

Os cálculos executados por [1] previram que a modalidade exemplifícativa da invenção será capaz de reter aeronaves que entram com uma velocidade de 130 km/h (70 nós), para que sejam paradas em 110 m (360 pés) quando a aeronave for um Bombardier CRJ-200; em 95 m (310 pés) no caso de a aeronave ser um Boeing 737-800, e de 180 m (590 pés) no caso de ser um Boeing 747-400. A reprodução da figura 11-22 de [1] mostra a velocidade calculada da aeronave, desaceleração e forças de trem de pouso de escoramento do nariz induzidas pelo agregado de vidro esponjoso em um Boeing 737-800, que entra na modalidade exemplifícativa com uma velocidade de 130 km/h.

Os cálculos providos em [1] para o Bombardier CRJ-200 e Boeing 747400 mostram resultados similares e concluem que o agregado de vidro esponjoso da modalidade exemplifícativa irá proporcionar um sistema de retenção de aeronaves de múltiplas finalidades, em que as aeronaves estão sendo retidas de uma maneira segura, com velocidades de desaceleração de 0,7 — 1,0 g e extensões de obtenção da parada na faixa de 90 a 200 m.

Segunda Modalidade Exemplifícativa

A segunda modalidade exemplifícativa é feita com base no mesmo princípio de solução da primeira modalidade exemplifícativa, pelo que o sistema de retenção é feito do mesmo agregado de vidro esponjoso, com similares frações de vazio nominal e distribuição de tamanho de partículas da primeira modalidade exemplifícativa, 5 e ainda apresenta aproximadamente o mesmo comprimento (A) e profundidade (B) do leito. Esse exemplo de modalidade é mostrado lateralmente na figura 3. Deve ser observado que o comprimento do leito tem o formato truncado na dita figura.

A principal diferença é que o leito (1) de agregado de vidro esponjoso na segunda modalidade exemplifícativa é disposto diretamente sobre o solo (2), sem 10 formação de uma cova/depressão (ver a figura 3). Nesse caso, o leito de vidro esponjoso precisa ser contido mediante uso de uma estrutura mecânica (6) ao longo da periferia do leito. A estrutura mecânica, vantajosamente, deve ser projetada para funcionar como uma rampa, para entrar e sair do leito de agregado (1). Isso pode ser conseguido mediante formação da estrutura mecânica (6) com uma seção transversal triangular, de 15 modo que uma aeronave que se dirige na direção do leito (1), irá correr suavemente subindo a rampa, entrando no leito (1) e se afundando no mesmo mediante rolamento ao longo da base interna inclinada (3) do leito, até que a roda (5) se mostre suspensa no agregado de vidro esponjoso. O ângulo de inclinação pode ser o mesmo indicado no primeiro exemplo de modalidade, mas, outros ângulos de inclinação podem também ser 20 empregados. O leito é coberto por uma camada artificial de turfa (4). Tabela 1 - Testes de compressão no agregado de três frações de vazios nominais, cada teste com a distribuição de tamanho de partículas conforme mostrado na figura 4. - Agregado com fração de vazio nominal de 94,6% (correspondente a uma densidade de 135 kg/m3).

- Agregado com fração de vazio nominal de 94.0% (correspondente a uma densidade de 150 kg/m3)

.

Agregado com fração de vazio nominal de 92.8% (correspondente a uma densidade de180 kg/m3).

Referência Bibliográfica: Matthew Barsotti e outros, relatório publicado em 21 de Janeiro de 2010, intitulado“Developing Improved Civil Aircraft Arresting Systems", no Programa de Pesquisa Cooperativa de Aeroportos, administrado pela Transportation Research Boardda National Academies.,USA.

Claims

1. Sistema de retenção de veículos, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: - uma área de retenção de veículos compreendendo um leito cheio com agregado de vidro esponjoso (1), com tamanho de partículas variando de 0,25 cm a 15 cm, e frações de vazios nominais de cerca de 70 a 98%; e - uma cobertura de topo cobrindo a superfície superior (4) do leito de agregado de vidro esponjoso (1).

2. Sistema de retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agregado de vidro esponjoso (1) é feito de vidro de cal de soda ou vidro de soda, com fração de vazios nominal numa faixa que começa com um percentual dentre 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, e 94% e termina com um percentual dentre 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, e 95%.

3. Sistema de retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a fração de vazios nominal se dispõe em uma das seguintes faixas: de 80 a 90%; de 83 a 88%; e de 85 a 87%.

4. Sistema de retenção de veículos, de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o agregado de vidro esponjoso (1) apresenta uma graduação com tamanhos de partículas de qualquer faixa, começando em uma faixa de valores de 0,25, 0,30, 0,40, 0,50, 0,60, 0,70, 0,80, 0,90, 1,00, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,2, 2,4, 2,6, 2,8, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, e 5,0 cm, e terminando em uma faixa de valores de 5,5, 6,0, 6,5, 7,0, 8,5, 9,0, 9,5, 10, 11, 12, 13, 14, e 15 cm.

5. Sistema de retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o agregado de vidro esponjoso (1) apresenta uma graduação entre uma das seguintes faixas: de 0,25 a 10 cm; de 0,5 a 8 cm; de 0,7 a 7 cm; e de 1 a 6 cm.

6. Sistema de retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agregado de vidro esponjoso (1) apresenta uma fração de vazios nominal de 93,8% e as partículas do agregado apresentam uma agregação de 0,4 - 6,3 cm e o tamanho médio de partícula de 4,8 cm, e em que a profundidade do leito é de 91 cm e a extensão de 200 m.

7. Sistema de retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a distribuição do tamanho de partículas do agregado de vidro esponjoso é de 0,88% em peso de partículas com tamanho de 4 a 8 mm, 0,29% em peso com tamanho de 8 a 12,5 mm, 1,03% em peso com tamanho de 12,5 a 14 mm, 1,91% em peso com tamanho de 14 a 16 mm, 4,21% em peso com tamanho de 16 a 20 mm, 33,45% em peso com tamanho de 20 a 31,5 mm, 35,30% em peso com tamanho de 31,5 a 40 mm, 15,13% em peso com tamanho de 40 a 50 mm, 5,74% em peso com tamanho de 50 a 63 mm, e 0,31% em peso com tamanho acima de 63 mm.

8. Sistema de retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a cobertura de topo (4) é feita de um dentre os seguintes materiais: lonas poliméricas, folhas de plástico e turfa artificial.

9. Método para retenção de veículos, caracterizado pelo fato de que o método compreende: - produzir um leito no solo (2) onde os veículos deverão ser retidos; - encher o leito com agregado de vidro esponjoso (1), com tamanho de partículas variando de 0,25 cm a 15 cm, e frações de vazios nominais de cerca de 70 a cerca de 98%; e - cobrir a superfície de topo do leito com uma cobertura superior (4).

10. Método para retenção de veículos, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que: - os veículos a serem retidos são aeronaves; - produção de um leito na extremidade de uma pista de pouso com profundidade de 91 cm e extensão de 200 m; - utilização de agregado de vidro esponjoso (1) com fração de vazios nominal de 93,8% e as partículas do agregado apresentam agregação de 0,4 - 6,3 cm e tamanho médio de partículas de 4,8 cm; e - cobertura do agregado de vidro esponjoso com turfa artificial como cobertura de topo (4).

11. Uso de agregado de vidro esponjoso, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-7, caracterizado pelo fato de que o dito uso se faz em sistemas de retenção de veículos.