IMPACTOS DA OPERAÇÃO DE UMA NOVA PISTA DE POUSOS E DECOLAGENS NO AEROPORTO INTERNACIONAL DE SÃO PAULO/GUARULHOS
Érico Soriano Martins Santana - PG Carlos Müller – PQ
Divisão de Engenharia de Infra-Estrutura Aeronáutica RESUMO
Propõe-se no presente traba lho analisar o impacto da operação de uma nova pista de pousos e decolagens no Aeroporto Internacional de São Paulo / Guarulhos (AISP/GRU), à luz de um modelo de
simulação. Utiliza-se para tanto, a ferramenta computacional SIMMOD, desenvolvida para retratar a operação no espaço aéreo e lado aéreo de aeroportos. O escopo da pesquisa foi delineado para as operações realizadas no solo, principalmente nas pistas de rolamento e pátio de estacionamento das
aeronaves. As análises foram realizadas, e pode-se verificar os aspectos relativos a cada alternativa simulada. Considerou-se variações percentuais na demanda (número de operações), confrontando-as
com os resultados provenientes dos cenários elaborados. Os resultados gerados neste trabalho podem ser de valioso auxilio na tomada de decisão quanto a implantação, ou não, evidenciando, desta
forma, os instantes apropriados para intervir na infra-estrutura instalada. ABSTRACT
The present work analyzes the impact of the operation of a new runway at the São Paulo International Airport – Guarulhos (AISP/GRU) based in a simulation model. The computational tool SIMMOD was
used to evaluate the operation in the airspace and airside of the airport. The target of the research was the analysis of the operations carried on the ground, mainly in the taxiway and apron areas. Some physical and operational alternatives were simulated. Percentuals variations in the demand (operation number), and the results were analyzed for each alternative. The results generated in this
work can assist in the airport expansion decision-making process, and the appropriate timing to develop changes in the existing infrastructure.
1. INTRODUÇÃO
Ao longo dos anos, pode-se observar um aumento do número de usuários de transporte aéreo em todo mundo (OAC I,1999). Embora os atentados ocorridos em Nova Iorque (Estados Unidos) no dia 11 de setembro de 2001 tenham gerado uma conservação (em alguns casos queda) nestes números, todo o setor da aviação espera a retomada dos índices de crescimento a curto prazo (Santana, 2002).
Apesar da aparente parada no crescimento, os congestionamentos no espaço aéreo e aeroportos continuam ocorrendo e provocando freqüentes atrasos, prejudiciais a todos participantes do sistema aeroportuário.
Considerando este grave fator, adotou-se como premissa no presente trabalho, a hipótese da entrada em operação de uma nova pista de pousos e decolagens no Aeroporto Internacional de São Paulo / Guarulhos (AISP/GRU), principal aeroporto da América do Sul em movimentação de passageiros.
A idéia da concepção do estudo foi de visualizar os impactos que esta nova pista causaria no ambiente operacional do Aeroporto, valendo-se de um modelo de simulação. Foram efetuadas análises de 2 cenários operacionais, variando o crescimento da demanda expressa pelo movimento de aeronaves.
A ferramenta computacional utilizada foi o SIMMOD, desenvolvida pela Federal Aviation Administration – FAA, órgão responsável pela aviação civil nos Estados Unidos, capaz deretratar por meio de simulação a operação no espaço aéreo e lado aéreo de aeroportos, e de produzir resultados que permitam analisar tais sistemas.
2. JUSTIFICATIVAS
A Área Terminal São Paulo, onde está inserido o AISP/GRU, vem sendo motivo de preocupação para os planejadores, administradores e operadores dos aeroportos, haja vista os “gargalos” existentes em procedimentos operacionais das aeronaves gerando uma situação de congestionamento e problemas quanto à sua viabilidade, quer seja no solo ou no espaço aéreo.
Devido à complexidade do problema, os usuários do sistema estão recorrendo cada vez mais à informática, a qual subsidia o desenvolvimento de novas metodologias de análise de capacidade, onde a simulação tem seu destaque. Como justificativa principal para o emprego de tal metodologia, verifica-se que a modelagem utilizando técnicas de simulação tornou-se bastante eficiente na resolução de problemas complexos, possuindo um custo bem inferior se comparado à realização de uma experiência com o sistema real. No contexto do transporte aéreo, o SIMMOD tem apresentado resultados bastante satisfatórios.
Entretanto a modelagem do objeto em estudo, sua identificação e a procura pelas melhores diretrizes na presente pesquisa não foram tarefas fáceis de serem realizadas, uma vez que as principais análises foram resultantes de várias visitas técnicas à torre de controle do aeroporto, exaustivos diálogos com os responsáveis pelo tráfego no solo (lado aéreo do aeroporto), aprendizado pleno da ferramenta SIMMOD e, sobretudo, o entendimento e construção do cenário operacional da nova pista de pousos e decolagens.
Para a construção do cenário considerou-se os aumentos na demanda aliando este critério às mudanças quanto ao leiaute físico (melhoria da infra-estrutura), nova pista de pousos e decolagens. As análises de sensibilidade foram efetuadas confrontando o aumento de demanda nos vôos com o aumento de atrasos para estas mudanças, mensurando sobretudo a influência da melhoria da infra-estrutura aeroportuária nas alternativas simuladas.
3. CAPACIDADE DO SISTEMA AEROPORTUÁRIO
A capacidade aeroportuária é definida como “o número máximo de operações de aeronaves, estabelecido para um determinado aeródromo, para períodos específicos, suportado pela infra-estrutura aeroportuária” (Siewerdt, 2001). Fica claro que a partir deste conceito as decisões tomadas em relação ao des envolvimento da infra-estrutura são determinantes para a visualização do aumento de capacidade do sistema como um todo.
Porém, a capacidade também é limitada pelo fator mais fraco do sistema onde está inserido, quer seja a capacidade de espaço aéreo, de pista de pousos e decolagens, de pátio de estacionamento, do terminal de passageiros ou simplesmente a acessibilidade dos passageiros ao terminal.
No presente trabalho a busca está concentrada no lado aéreo do sistema aeroportuário, onde o aumento da capacidade pode estar associado à construção de uma nova pista de pousos e decolagens, aliando esta hipótese às mudanças estratégicas de operação.
4. O AEROPORTO INTERNACIONAL DE SÃO PAULO / GUARULHOS
Maior complexo aeroportuário do Brasil, o AISP/GRU foi concebido originalmente para atender na área da grande São Paulo a demanda de vôos domésticos que se utilizavam do Aeroporto de Congonhas, com exceção da Ponte Aérea Rio – São Paulo, bem como os vôos internacionais relacionados com os países integrantes do Cone Sul, países localizados no sul da América do Sul, servindo também como uma alternativa ao Aeroporto de Campinas.
O AISP/GRU, sem dúvida alguma, o grande “portão de entrada” do país atualmente, é responsável pelo processamento de mais de 70% dos passageiros internacionais (origem/destino). Concentra, no Brasil, o maior movimento total de passageiros regulares, responde pela primeira colocação relativa ao volume total de carga e mala postal, além do grande movimento de aeronaves de tráfego total regular (INFRAERO, 2000).
5. METODOLOGIA - CONCEPÇÃO DOS MODELOS
A partir da definição do problema a ser estudado, o primeiro passo da metodologia consiste em listar os dados e informações necessárias para a concepção dos modelos e os meios para obtê-los.
infra-estrutura aeroportuária e do espaço aéreo terminal (MINISTÉRIO DA AERONÁUTICA, 1993) existente hoje. A construção do modelo é um trabalho computacional no qual todas estas informações são inseridas no SIMMOD (Pereira et al., 2001).
A última fase para conclusão do modelo básico consiste na validação e verificação dele. Selecionam-se algumas métricas geradas pela simulação para serem comparadas com dados reais da operação aeroportuária, verificando assim se os desvios obtidos encontram-se dentro dos limites de tolerância máximos estipulados.
A concepção dos modelos seguiu os planos de ampliação da infra-estrutura do AISP/GRU, os quais têm sido propostos pela INFRAERO.
No estudo ora apresentado foram concebidos 2 modelos, um relativo a nova configuração (terceira pista), e outro buscando a simulação da situação vigente. Cada uma das configurações foi simulada com a demanda presente (registrada em março de 2000) e com acréscimos que variaram de 2% até 30% sobre a demanda atual, tendo cada um 2% a mais que o anterior, totalizando 15 valores de acréscimo. Os resultados para cada um deles foram convertidos em atrasos (custo), e confrontados com o crescimento da demanda. As análises comparativas foram geradas a partir destes resultados.
Os 2 modelos construídos e simulados na ferramenta SIMMOD, foram: M1: Situação Atual;
M2: Hipótese com a adição da terceira pista de pousos e decolagens. 5.1. Modelo da Situação Atual
O modelo construído para retratar a situação atual do AISP/GRU, seguiu exatamente os dados do AIP (COMANDO DA AERONÁUTICA, 2000).
Possui duas pistas de pousos e decolagens paralelas, sendo uma com 3000m de comprimento (09R/27L) e a outra com 3700m (09L/27R). A separação entre os eixos das pistas é de 375m. Na direção 09, a decalagem entre as cabeceiras é de 500m, sendo que a 09R , utilizada prioritariamente para as operações de pousos (85%) (IAC, 1999), está deslocada no sentido contrário da aproximação (em relação à pista 09L ). A pista 09L é utilizada na maioria das vezes para as operações de decolagens. Na área de pátio existem 2 terminais de passageiros (TPS) do tipo um finger, com onze posições de parada cada um, sendo que apenas as três posições da extremidade do finger podem receber aeronaves maiores do que o Boeing 767. Este fato deve-se a proposta inicial na qual o aeroporto atenderia somente vôos dos países do cone sul.
Os 2 terminais de passageiros possuem capacidade projetada para receber, cada um, até 7,5 milhões de passageiros/ano.
5.2. Modelo com a Nova Terceira Pista de Pousos e Decolagens
O desenvolvimento deste modelo esteve diretamente ligado ao novo projeto que a INFRAE RO está realizando.
O Plano Diretor do aeroporto estabelecia uma terceira pista de pouso e decolagem com 2025m de extensão. Entretanto para agilizar a implantação da mesma, foi adotado como premissa básica, que sua construção fosse efetuada dentro da área patrimonial existente, sob a responsabilidade da INFRAERO. Assim, a solução encontrada foi localizar a pista a 1462m da pista 09L/27R , reduzindo o comprimento original para 1800m.
A posição mais adequada para a implantação da terceira pista dentro dos limites patrimoniais, ficou então a 1462m do eixo da atual pista 09L/27R, resultando nas dimensões de 1800m X 45m, podendo ser ampliada para os 2025m, previstos no plano diretor, mediante incorporação de novas áreas ao aeroporto.
Tabela 1: Mix de Aeronaves para o AISP/GRU (IAC, 1999) Porcentagem da utilização da pista
Aeronave-Tipo Terceira Pista 09L/27R 09R/27L
B737 100% pouso decolagem 35,13% decolagem 64,87% F100 37,4% decolagem 100% pouso 62,6% decolagem -
E120 100% pouso e decolagem - -
F50 100% pouso e decolagem - -
B767 26,56% pouso 100% decolagem 73,44% pouso
MD11 - 100% decolagem 100% pouso
B747 - 100% decolagem 100% pouso
A300 - 100% decolagem 100% pouso
6. VARIAÇÃO DA DEMANDA
Buscando avaliar melhor o objeto de estudo, e produzir resultados que pudessem gerar análises significativas quanto à capacidade do lado aéreo aeroportuário, verificou-se que a variação da demanda associada às simulações nos modelos consistiria no passo muito importante.
A partir disto, buscou-se junto ao estudo “Demanda Detalhada dos Aeroportos Brasileiros” (MINISTÉRIO DA AERONÁUTICA, 1999) o valor percentual do crescimento do número de operações para o horizonte de 5 anos. Foi observado que neste caso, esta taxa representa um aumento de cerca de 30% no movimento de aeronaves no AISP/GRU.
Entretanto, indo contra a idéia de simular os modelos somente nesta condição de crescimento (demanda=30%), foram realizadas análises considerando 16 níveis de demanda, variando-se em intervalos de 2% o acréscimo no número de operações, o qual foi de 0% até 30% (inclusive). Para cada nível de tráfego, obteve-se os respectivos atrasos.
Os resultados obtidos, permitiram assim, identificar o potencial comportamento do atraso médio por operação contra o crescimento da demanda, evidenciando, desta forma, os instantes apropriados para intervir na infra-estrutura instalada.
7. RESULTADOS E ANÁLISES
Para gerar resultados estatisticamente significativos, efetuou-se 20 iterações de cada modelo analisado, número superior ao que tem sido adotado na prática, em que a experiência sugere 5 iterações como número suficiente para obtenção de resultados estatisticamente válidos (TRANSOLUTIONS, 2000).
Após executar a simulação, a primeira preocupação que surgiu foi aquela referente à validação do modelo, tornando-o assim apto para realizar as demais análises propostas. A etapa de validação foi realizada a partir da comparação dos resultados do sistema simulado com o sistema real, nas operações efetuadas, testando logicamente e numericamente o modelo.
Para efetuar a validação do modelo foi necessário estabelecer uma seqüência que assegurou ao modelo uma qualidade desejável, facilitando, posteriormente, a análise de cenários propostos à operação do aeroporto.
A validação foi separada em:
Figura 1. Comparações entre os valores simulados e os valores reais.
Além do número de operações, o processo de validação do modelo da situação atual consistiu na verificação junto aos dados provenientes do relatório da Consultor ia Internacional contratada pelo Departamento de Aviação Civil (DAC) junto à MITRE Co. (MITRE, 2001). Neste relatório a MITRE Co. cita que a capacidade máxima está entre 46 e 49 operações, variando esse número conforme o tipo de operação, partida ou chegada.
O modelo desenvolvido no SIMMOD obedeceu exatamente a estes números, chegando ao número máximo de 50 operações com um aumento na demanda de 30% atingindo seu limite de capacidade (Figura 2).
Outra métrica verificada foi aquela relacionada ao número de aeronaves na fila de decolagem, que coincidiu com os números da INFRAERO. Na hora pico estes valores chegaram, seja no modelo desenvolvido quanto na operação real, a 9 aeronaves na fila de espera no solo.
Figura 2. Distribuição da operação no modelo 1 sob o aumento de 30% na demanda. 7.1. Análise dos Resultados
A análise dos modelos operacionais simulados encontram-se ligados à demanda e oferta do sistema, além da capacidade instalada do aeroporto.
Figura 3. Resultados gerados pelas simulações.
Como esperado, os resultados gerados a partir da simulação do modelo 2 foi aquele que apresentou os menores valores quando aplicados ao aumento de 30% na demanda de aeronaves. Quase 130% de aumento percentual de atrasos no modelo 2, contra 495% no modelo 1 (situação atual de infra-estrutura).
Porém, a esta análise, como mencionado anteriormente, deve-se acrescentar os comentários relacionados as faixas temporais de atraso, onde o estudo se completa. No modelo 1 (Figura 4), fica claro o sistema, a partir de um aumento de 10% na demanda, apresenta maior taxa de crescimento dos valores dos atrasos maiores que 15 minutos, enquanto o comportamento observado nas outras faixas tende a manter um comportamento de decréscimo constante.
Figura 4. Faixas de atraso no Modelo 1.
Para 14% de aumento na demanda, a faixa de atraso relacionada aos valores maiores que 15 minutos iguala-se àquela compreendida entre 10 e 15 minutos. Quando a demanda é submetida a um aumento maior que 20%, registra-se uma maior ocorrência de atrasos na faixa maior que 15 minutos do que nas faixas 10 a 15 e de 5 a 10 minutos.
Este resultado indica que a partir de um aumento de 14% na demanda dos vôos do AISP/GRU, a situação operacional começa a ficar caótica, e o número de operações com atrasos superiores a 15 minutos torna-se bastante alto.
Figura 5. Faixas de atraso no Modelo 2.
Com os resultados gerados, fica claro que a capacidade instalada não foi completamente utilizada para quaisquer dos casos mencionados. Porém há uma grande tendência, a partir de 30% no aumento da demanda do movimento das aeronaves, que o AISP/GRU, atinja rapidamente seu limite de operação, sobretudo no modelo 1 que representa a situação de operação vivenciada nos dias de hoje, com muitos pontos de conflito operacional na sua infra-estrutura disponível.
Porém, um dos grandes problemas visualizados durante a pesquisa, e observado atualmente no aeroporto diz respeito à concentração de vôos em determinados horários, acarretando atrasos excessivos em determinadas horas do dia. A existência desta ociosidade durante outras horas do dia, viabilizou as operações nas simulações, entretanto com muitos atrasos.
8. CONCLUSÕES
Diante dos resultados dos modelos, observa-se que a construção de uma terceira pista de pousos e decolagens, conjuntamente com as pistas de rolamento, traria grandes benefícios sob o ponto de vista de diminuição dos atrasos dos vôos.
Um dos principais fatores da diminuição destes atrasos pode ser explicado pelo aumento de alternativas operacionais nas novas pistas de rolamento, a serem construídas conjuntamente com a nova pista de pousos e decolagens, que aumentaria a capacidade do AISP/GRU.
Assim, como principal resultado do estudo, verifica-se que para o lado aéreo do AISP/GRU a terceira pista de pousos e decolagens representa um ganho operacional superior à adoção de simples estratégias operacionais. Prova-se, que ao manter, a mesma estratégia empregada nos dias de hoje, o AISP/GRU brevemente enfrentará sérios problemas de atraso em solo. Lembrando que o estudo não avaliou prováveis problemas climáticos.
O grande diferencial que a terceira pista de pousos e decolagens proporciona, encontra-se na vazão oferecida aos usuários do sistema. A maior parte do tráfego não conflitaria entre si, evitando o surgimento de maiores atrasos e congestionamentos.
De qualquer forma, a busca por um equilíbrio das operações nos horários ociosos, poderia trazer grandes ganhos quanto à diminuição dos atrasos gerados no solo.
AGRADECIMENTOS
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES, pelo apoio financeiro durante o curso de mestrado;
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ENDEREÇO DO S AUTORES:
Érico Soriano Martins Santana (erico@infra.ita.br / esms1@yahoo.com) Carlos Müller (muller@infra.ita.br)
