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Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Naval DISCIPLINA PORTOS Autor: Prof. Dr. Hito Braga de Moraes Belém (PA) – 2017 PORTOS 2 1 – CONCEITUAÇÃO Um complexo portuário ou obra acostável é um local onde os navios e embarcações encontram meios fáceis, seguros e cômodos para as várias operações a que são destinados. O porto é uma estação de transbordo, estabelecida no ponto terminal das aquavias e das vias terrestres. O acesso a ele deve ser largamente assegurado tanto do lado aquático como do terrestre. 2 – CONDIÇÕES A QUE DEVEM SATISFAZER OS PORTOS 2.1 – Proporcionar abrigo seguro para as embarcações; 2.2 – Profundidade suficiente para que as embarcações possam operar; 2.3 – Área suficiente para que as embarcações possam fazer manobras ou evoluções na região portuária; 2.4 – Proporcionar acesso fácil aos navios; 2.5 – Fundo ou leito que proporcione boa ancoragem; 2.6 – Possuir meios fáceis para o embarque e desembarque de passageiros e cargas; 2.7 – Possuir meios para realizar o abastecimento e manutenção das embarcações; 2.8 – Áreas contíguas que permitam a instalação de: Armazéns, indústria, estação de passageiros, comércios e etc; 2.9 – Localização: o porto deve ser construído em locais de profundidades compatíveis com o navio de projeto e que possibilitem comunicação viária fácil e econômica com o interior do país e com a sua zona de influência. 3 – PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UM PORTO 3.1 – RETROPORTO: área interna do porto reservada para instalações de serviços. 3.2 – CAIS OU DOCA: uma espécie de muralha de contenção utilizada para acostagem de embarcações. 3.3 – BERÇO: local do porto específico para carga e descarga de mercadorias. 3.4 – MOLHE OU DIQUE: obras de proteção contra os movimentos ondulatórios do mar. 3.5 – DOLFINS DE AMARRAÇÃO: são colunas que servem para amarração das embarcações. 3.6 – EQUIPAMENTOS PORTUÁRIOS: guindastes, empilhadeiras, carretas e outros equipamentos. PORTOS 3 4 – EVOLUÇÃO HISTÓRICA: NAVIO x PORTO A maioria dos portos brasileiros foram construídos no final do século dezenove (exemplo: porto de Santos e porto do Rio de Janeiro). O desenvolvimento portuário vem a reboque da evolução da construção naval. Nos locais onde as embarcações operam deram origem às cidades. Com o aumento da população, houve a necessidade de aumentar a troca de mercadorias, com isto houve um acréscimo do número de embarcações, assim como no seu tamanho. Com o aumento do tamanho dos navios começou a ter problemas no carregamento e descarregamento. No início do século vinte, todos os navios eram cargueiros e transportavam somente carga geral. Com isto, os portos eram aparelhados para tal. Em função das características das embarcações, construídas no início do século vinte, que eram marcadas por pequeno calado, transportando pouca carga e de uma única maneira que era a carga geral, a localização dos portos requeriam que estes fossem localizados em águas abrigadas como: baias, angras, enseadas e estuários (regiões naturalmente abrigadas). Os estuários são caracterizados por pouca profundidade (baixo calado), elevados efeitos de assoreamento, influência de marés, assim como a existência de barras na entrada do estuário. Os portos localizados nestas regiões são denominados de portos internos. Exemplo: porto de Belém - localizado na baia de Guajará com profundidade de 7m, exigindo constantes serviços de dragagem. Com o aumento da tonelagem de carga transportada e a especialização da mesma, os portos foram ficando inadequados à operação de navios com estas características pelos seguintes motivos: restrições de calado, pouca profundidade no porto ou na barra foz/desembocadura, operações de carga e descarga inadequadas, em função dos portos terem sido equipados para operar somente com carga geral. Sob o ponto de vista operacional, o aumento do porte dos navios pode gerar as seguintes restrições. a) BOCA: o aumento da boca do navio é restrição para travessias de canais e eclusas, e operação de carga e descargas nos portos. Exemplo: Navios PANAMAX, devido à travessia do canal do panamá, apresentam forte restrição de boca 32,20 m. b) COMPRIMENTO: o aumento no comprimento causa dificuldade de manobrabilidade em águas abrigadas, bem como na transposição de eclusas. PORTOS 4 Figura 1 – Mapa com a localização dos principais portos brasileiros 5 – PORTO INSERIDO NO SISTEMA DE TRANSPORTE O transporte aquaviário é totalmente dependente do transporte terrestre. Normalmente se inviabiliza o transporte marítimo em função do terrestre. Por esses motivos é que devemos estudar o transporte como um todo, integrando todas as modalidades de transporte. O transporte aquaviário por si mesmo, não realiza o transporte porta a porta, ou seja, depende de outra modalidade de transporte para se completar (rodoviário, ferroviário e hidroviário). Para o dimensionamento de um porto, temos que conhecer: os veículos que vão utiliza-lo, o tipo de carga a ser movimentada, os modais de transporte, fluxo de carga, fatores econômicos e financeiros, estocagem, equipamentos de carga e descarga e outros. PORTOS 5 6 – HINTERLAND E FORELAND (zonas de influência portuária) 6.1 – HINTERLAND Considera-se hinterland de um porto: a) A cidade ou localidade em que um porto estiver localizado ou em que funcionar a respectiva alfândega, ou as costas ou margens atingidas pela navegação interior de um porto; b) A região do país servida por meio ou vias de transportes terrestres, fluviais ou lacustres para a qual se encaminham, diretamente, mercadorias desembarcadas no porto ou da qual originam mercadorias para embarque no mesmo porto. Região de influência geo-econômica do porto (no sentido da terra). Para determinar o hinterland de um porto é necessário conhecer: tipo, origem e destino da carga. A zona de influência do porto não é estática, ou seja, varia com o tempo. A modificação do hinterland do porto ligado ao sistema de transporte está em função do destino e origem da carga. Exemplo: Estrada de Ferro de Carajás que desviou uma área do hinterland do porto de Belém para o porto de Itaqui (MA). O planejamento do crescimento do porto é fácil de ser obtido quando seu hinterland é restrito. Exemplo 1: o porto de Ilhéus na Baia a carga está ligada ao hinterland do porto, ou seja, a zona cacaueira. Exemplo 2: porto Barra do Riacho (norte de Vitória). Seu hinterland é definido para o embarque de celulose. A previsão da carga está ligada a plantação de celulose junto ao porto. O hinterland mesmo quando bem definido pode mudar quando muda, por exemplo: a) O modal de transporte que alimenta o porto: Exemplo 1: o porto de Vila do Conde (Pará) o hinterland era determinado pelo distrito industrial da Albrás, com a implementação de acessos rodoviários, o porto passou a ter seu hinterland ampliado para outras regiões do estado do Pará. Exemplo 2: o porto do Rio de Janeiro não possui seu hinterland bem definido, pois ocorre uma superposição com o hinterland do porto de Santos. b) A política do governo: Exemplo: porto de Paranaguá no estado do Paraná que através de acordos governamentais ampliou o seu hinterland até o Paraguai. O hinterland pode ser classificado como: macro regional e micro regional. a) MACRO REGIONAL: conotação abrangente. Exemplo: porto de santos, Rio de Janeiro e Paranaguá. As áreas de influências desses portos não são bem definidas podendo ocorrer superposição de áreas de influência. O porto de Itaquí se expandiu em função do acesso ao porto, pela construção da ferrovia Carajás e Norte Sul, incorporando ao seu hinterland as áreas de influências do porto de Belém. b) MICRO REGIONAL:quando a área de influência é bem definida. Exemplo: porto de Macapá, Ilhéus e Barra do Riacho. PORTOS 6 6.2 – FORELAND Influência geo-econômica externa do porto, zona do porto em relação ao mar. Dependendo do tipo de porto (terminal) o foreland é bem definido, basta se conhecer quais os portos que vão se comunicar com este porto. É importante conhecer o foreland de um porto, para a determinação das características dos navios que freqüentarão o porto (restrições: eclusas, canais, etc.). Um porto com o hinterland bem definido facilitará a determinação do foreland desse porto. O foreland é definido considerando a navegação de longo curso e cabotagem. 7 – CONCEITOS DAS OBRAS ACOSTÁVEIS O objetivo principal das obras acostáveis é de possibilitar a movimentação de carga do porto para o navio e vice-versa. 7.1 – CONCEITO ANTIGO: As instalações eram apropriadas à pequena quantidade de carga e pequenos tamanhos de navios. Com isso as instalações eram de pequenos armazéns, pouca profundidade, etc. 7.2 – CONCEITO MODERNO: crescem a movimentação de carga, armazéns e segurança. Em função da evolução do transporte marítimo sucedeu-se a necessidade de maiores estruturas portuárias. O avanço do porto acompanha a evolução dos navios. Entretanto, não se pode incorporar esse avanço em função da vida útil do navio, que é de 20 anos, enquanto que a vida útil do porto é de 100 anos, muito maior que a do navio. Com isso, deve-se projetar o porto visando não só as condições técnicas-operacionais atuais dos navios, mas sim prevendo evoluções futuras, pois o porto comporta várias gerações de navios. A armazenagem é função do porte do navio, especialidade do navio, equipamentos portuários e controle de carga. A evolução tecnológica também se verifica para os portos. Porém nem sempre elas podem ser aplicadas e incorporadas a um porto já existente. 8 – LOCAL DE IMPLANTAÇÃO DE UM PORTO O local de implantação da estrutura portuária poderá oferecer condições mais favoráveis ou menos favoráveis, pois a sua escolha muitas vezes é determinada por imposições diversas relacionadas com as condições do hinterland, tais como, localização dos meios de transportes terrestres de penetração, de infra-estrutura industrial e de produção. PORTOS 7 O local escolhido pode oferecer boas condições de abrigo e proteção à ação do mar ou exigir obras especiais de defesa. As condições ideais de localização correspondem sempre à possibilidade de ser encontrada uma enseada abrigada e com profundidade de água suficiente para permitir o acesso dos navios ou embarcações, sem obras adicionais de dragagem ou derrocagem. Caso não possamos dispor destas condições, impõem-se obras adicionais de abrigo, tais como, molhes e quebra-mares, além de serviços de dragagem que, muitas vezes, representam investimentos de mesma ordem de grandeza ou mesmo superiores aos investimentos correspondentes às estruturas acostáveis. Na impossibilidade de serem encontradas condições adequadas para a implantação das obras os navios operam praticamente com seus próprios recursos, mediante apoio por sistemas auxiliares de bóias de fixação. É o caso de certos terminais petroleiros em mar aberto. Para melhor podermos abordar a problemática das obras e estruturas portuárias, começaremos por esboçar uma classificação de seus tipos principais, segundo vários critérios. Uma tentativa de classificação das obras acostáveis pode ser formulada mediante diversos pontos de vista. Do ponto de vista de sua localização, as obras acostáveis ou portos podem ser: Internos Externos Off-Shore 8.1 – PORTOS INTERNOS São portos localizados em águas naturalmente abrigadas como: baias, angras, estuários, etc. Estes portos são caracterizados por pouca profundidade, movimento de marés e sujeitos a assoreamento. O tamanho do porto depende do mérito de julgamento, como: extensão da acostagem, capacidade de movimento de cargas, capacidade de armazenamento. Como exemplos de portos internos tem-se: 8.1.1 – Localizados em Baias a) Porto de Belém: (localizado na Baia de Guajará), PRINCIPAIS PROBLEMAS: Assoreamento constante; Vocação portuária é restrita a área da cidade de Belém; Profundidade restrita de aproximadamente 7m. PORTOS 8 b) Porto de Itaqui: (carga geral) c) Porto de Ponta da Madeira: (localizado na Baia de São Marcos) Escoa o minério de Carajás. O seu principal problema é devido à geometria, pois com a variação de marés acima de 7 m, faz com que ocorra fortes correntezas. Para diminuir este efeito, foram construídas obras de abrigo (molhes) contra corrente. d) Terminal da Alumar: Escoamento de alumínio (Baia de São Marcos), localizado a montante do porto de Itaqui. Problema: forte assoreamento que exige constantes dragagens. e) Porto de Salvador: localizado na Baia de Todos os Santos. f) Porto do Rio de Janeiro: Localizado na Baia de Guanabara. Problemas: A cidade do Rio de Janeiro estrangulou o porto e pouca profundidade para navios modernos e de grande porte. g) Porto de Paranaguá: Localizado na Baia de Paranaguá Apresenta pouca profundidade exigindo constantes dragagens no canal de acesso. 8.1.2 – Portos Localizados em Estuários: a) Porto de Itajaí: Localizado no estuário de Itajaí. b) Porto de Santos: Localizado no estuário santista. c) Porto de Vitória: Localizado no estuário de Santa Maria. d) Porto de Natal: Localizado no estuário do rio Potenji. 8.1.2.1 – Vantagens e Desvantagens de PORTOS ESTUARINOS a) VANTAGENS: desfruta de águas abrigadas. b) DESVANTAGENS: é comum a presença de curvas próximas a saída do rio. Com isso, provoca a formação do porto em curva. Como na zona estuarina se verifica grande transporte de sedimentos, é comum está zona sofrer processo de assoreamento. PORTOS 9 8.1.3 – Portos Localizados em Curvas a) Porto de Itajaí Figura 2 – Vista aérea do porto de Itajaí – SC O problema do porto em curva está nos navios de carga geral que possuem diferentes tamanhos. Outro inconveniente de um porto curvo localizado em estuário é o raio da curva que pode dificultar ou restringir a manobra do navio. Como exemplo de portos em curva temos o terminal de petróleo do porto de Santos que está localizado bem no interior do estuário, impossibilitando o acesso de navios maiores devido ao pequeno raio de curvatura. O arranjo portuário, neste caso, é em função das curvas. Os berços são quebrados, limitando o tamanho do navio. 8.1.4 – Portos Localizados no Interior de Lagoas a) Porto de Rio Grande – RS. b) Porto de Porto Alegre – RS. c) Porto de Pelotas – RS. Todos localizados na Lagoa dos Patos. Esta lagoa possui a desvantagem de ter geração de ondas em seu interior, causando problemas para navegação. Figura 3 – Porto de Rio Grande – RS PORTOS 10 8.2 – PORTOS EXTERNOS São portos localizados próximos (aderente) à costa em águas desabrigadas. Com os elevados custos de dragagem nos portos interiores e o aumento no porte dos navios, principalmente dos navios especializados, atualmente se verifica uma tendência para a construção de portos externos. Para conter os problemas de correntes e fortes ondas, são construídos, junto aos portos, obras de abrigo para proteger os navios contra a agitação produzida pelas ondas e correntes marítimas, tais como: molhes e quebra-mares. Exemplos de portos externos: a) Terminal de ponta do Ubú: localizado no Espírito Santo. b) Porto de Imbituba: localizado em Santa Catarina e ligado pela estrada de ferro Tereza Cristina. c) Porto de Ilhéus: localizado na Bahia. d) Porto de Barra do Riacho: único porto no Brasil, que possui dois molhes especializados no embarque de celulose. Este porto apresenta pedras nofundo, causando dificuldades para navegação. Figura 4 – Porto de Imbituba – SC Figura 5 – Porto de Ilhéus – BA Figura 6 – Porto de Barra do Riacho PORTOS 11 e) Porto de Suape: localizado próximo a Recife, apresenta condições excepcionais de profundidade, não possui transportes de sedimentos, apresenta vasta área para instalações de industrias. f) Porto de Mucuripe (Fortaleza – CE): Apresenta grande transporte de sedimentos e problemas devido à construção de molhes. g) Porto de Pecém: Porto externo ligado por um molhe de 1700m de comprimento. Figura 9 – Porto de Pecém Figura 7 – Porto de Suape – PE Figura 8 – Porto de Mucuripe PORTOS 12 8.3 – PORTOS OFF-SHORE Estão localizados ao largo da costa (não aderentes à mesma). Podem ser ligados ou não a terra. Exemplos: 8.3.1 – Sem Ligação Com a Terra a) Terminal da Termisa (terminal salineiro da Areia Branca – RN) 8.3.2 – Ligados a Terra Através de Ponte a) Porto de Aracajú 8.3.3 – Ligados a Terra por Tubulações (PIPE-LINERS) a) Porto de Regência (terminal petroleiro) b) Porto de Tramandaí (terminal petroleiro) c) Porto de São Francisco (terminal petroleiro – refinaria de Araucária) Figura 10 – Terminal salineiro de Areia Branca Figura 11 – Porto de Aracajú PORTOS 13 9 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE OBRAS DE ACOSTAGEM As obras de acostagem devem permitir a fixação da embarcação atracada na margem, recebendo, portanto, os esforços resultantes desta atracação. Em geral, a obra de atracação funciona também como arrimo do terraplano onde operam os equipamentos portuários e transitam os veículos terrestres. O projeto e o cálculo destas obras envolvem conhecimentos de natureza tipicamente multidisciplinar, a serem obtidos nas áreas da hidrodinâmica e hidráulica marítima, geotécnica, estática e dinâmica das estruturas, engenharia naval, navegação e equipamentos, operação e planejamento portuário. A hidrodinâmica e a Hidráulica fornecem subsídios para a determinação da ação do mar, através das ondas, correntes e marés nas estruturas de acostamento. Além disso, ensina como projetar as obras de tranquilização da bacia portuária, em função do problema de reflexão, refração e difração das ondas. São também importantes para certas obras portuárias, os ensinamentos relativos aos processos litorâneos, transporte de sedimento e dinâmica dos estuários. A ciência geotécnica e a mecânica dos solos têm papel de relevância no projeto das obras portuárias, uma vez que, pela gênese da formação dos estuários, os terrenos nestas regiões costumam ser de natureza argilosa e altamente compressíveis, exigindo trabalhos de consolidação e estabilização. Assim, a Geotécnica e a Mecânica dos Solos emprestam seus ensinamentos no estudo das fundações das obras portuárias, no estudo da estabilidade dos terraplenos do retroporto e dos pátios de estocagem, no estudo da estabilidade geral de estruturas maciças, tais como dolfins, cais de cortina etc. O dimensionamento das estruturas que compõem as obras acostáveis, requer somente a solução de problemas complexos de natureza estática e dinâmica. Especial ênfase cabe ao papel da teoria estrutural dos estaqueamentos e dos pórticos espaciais, sob a ação das cargas dos equipamentos e das forças de impacto e amarração dos navios. Alguns conhecimentos básicos de Engenharia Naval, pelo menos de ordem qualitativa, são também desejáveis e úteis no projeto das obras portuárias. Interessa-nos mais de perto conhecer as características estruturais mais importantes dos navios e embarcações, suas dimensões e condições de flutuação e estabilidade, além dos movimentos causados pela ação do mar. Certos princípios de navegação, em particular os problemas de manobra e aproximação dos navios às obras de acostamento, devem também ser observados na fixação dos parâmetros e no dimensionamento da bacia de evolução. As características dos equipamentos portuários desempenham também um papel de primaria importância na definição, na escolha do tipo de solução estrutural e na fixação das solicitações a que estão sujeitas as obras acostáveis. Como a técnica de equipamentos está em constante evolução, deverá o projetista buscar seus subsídios junto aos fabricantes especializados. Em resumo, o projeto de uma obra acostável deverá percorrer as seguintes etapas principais: PORTOS 14 a) definição do tipo de obra, de acordo com a sua função e as condições topográficas, hidráulicas e geotécnicas do local escolhido; b) fixação dos parâmetros de projeto e esforços sobre a obra, em função do tipo de embarcações que dela se servirão, bem como dos equipamentos portuários; c) dimensionamento e detalhamento das obras estruturais e de defensas eventualmente necessárias, além de outras obras complementares. O ponto de vista mais importante da tipologia é, sem dúvida o da função da obra. Sob ele, poderemos ter obras acostáveis para carga geral; terminais para graneis sólidos e líquidos, dentre os quais estão compreendidos os terminais petroleiros, os terminais mineraleiros, os terminais de fertilizantes, os terminais para cereais e outros. O tipo de equipamento empregado ou o sistema de carga e descarga dos navios podem caracterizar também de terminais, como é o caso dos terminais de containeres ou os terminais roll-on roll-off. Nos primeiros, as cargas são containerizadas, isto é, colocadas em containeres de dimensões apropriadas, de modo a facilitar a sua armazenagem e transferência, alem do transporte e distribuição. Nos terminais roll-on roll-off o acesso das cargas aos navios é direta, através de rampas de ligação com o cais. Exemplos de como os equipamentos podem influir no tipo das estruturas portuárias são dados pelos terminais em carregadores deslizantes e os terminais em carregadores setoriais, nas instalações para carga de minerais, em especial o ferro. Nos primeiros, os carregadores deslizam ao longo da frente acostável, impondo a necessidade de um cais ou plataforma contínuos. No segundo caso, a carga do mineral é feita por lanças que pivotam em torno de pontos de articulação e se apóiam em estruturas setoriais. Para melhor caracterização de alguns tipos citados de obras e seus elementos, passaremos a apresentar algumas soluções esquemáticas e a comentá-las brevemente. Nas figuras a seguir, são apresentadas soluções em cais corridos, com um lado acostável, em opções de paramento fechado e de paramento aberto. No corte (b), temos a solução em paramento fechado, na qual o terrapleno de retaguarda é contido por uma cortina. Este tipo de obra é também denominado "cais com plataforma de alívio", pois a plataforma protege a cortina contra os empuxos. No corte (c), podemos observar a solução equivalente em paramento aberto, na qual o terreno se apresenta em talude, sob a plataforma. Figura 12 – Soluções em cais corrido PORTOS 15 Os tipos mais comuns de obras de acostagem são: 9.1 – CAIS EM DOLFINS Os esforços de acostagem são recebidos pelos "dolfins", colunas de grande resistência horizontal que suportam ou não estruturas leves para movimentação do equipamento de carga, não dispõem de muralhas de cais propriamente dito nem de terraplenos. É usado para variações de nível d'água de até 7 metros. Figura 13 – Cais em dolfins Na figura abaixo, temos uma representação esquemática típica de um terminal para graneis fluidos, em particular para navios petroleiros. O esquema também pode ser usado para operar certos tipos de graneis sólidos. Figura 14 – Cais de granéis líquidos PORTOS 16 No exemplo a seguir, podemos verificaruma outra solução, com terminal constante de elementos discretos. Trata-se de uma solução em carregador setorial, adotada para terminais de minérios. Figura 15 – Cais para granéis sólidos (minério) Figura 16 – Cais para embarque de minério (terminal de Tubarão) PORTOS 17 9.2 – CAIS VERTICAL É do tipo clássico de muralha de cais que suporta o terrapleno. As muralhas podem ser do tipo pesado (ou de gravidade), semipesado (engastamento parcial) e leve (engastamento total) e podem ser contínuas ou descontínuas (terrapleno suportado por enrocamento). O sistema mais usado em obras de pequena variação de nível d'água é o de estacas, ou de estacas pranchas. Para variações de nível d'água até 5 ou 7 metros, são usados os tipos descontínuos. Eventualmente a amurada pode não ser vertical, mas inclinada, o que dificulta o acostamento. Figura 17 – Cais para carga geral 9.3 – CAIS EM ESCADA São constituídos de diversas plataformas em diferentes níveis com acessos independentes. Os degraus podem ser sucessivos, dispostos lateralmente, transversalmente ou isolados. Devido à dificuldade de operação, este tipo de cais é empregado em locais de pequena movimentação de mercadorias ou de passageiros. Figura 18 – Cais em escada PORTOS 18 9.4 – CAIS EM RAMPA Constituídos de uma rampa contínua, em geral longitudinal ao curso d'água que se prolonga com uma pequena declividade (5 a 10% desde o nível de enchente ao nível de estiagem) é difícil de ser operada e, só é empregado em portos secundários. Como variante pode-se citar o tipo de escada de pequenos degraus, que substitui a rampa. Figura 19 – Cais em rampa 9.5 – CAIS FLUTUANTE Constituídos de cais flutuantes que acompanha as variações do nível d'água e onde são efetuadas as operações de transbordo. As embarcações podem ser atracadas ao flutuante ou não. Pode-se distinguir os flutuantes com movimentação vertical e horizontal (movimenta-se guiados em rampas) e os com movimentação apenas vertical (guiados por guias verticais, ou ancorados). Os acessos ao flutuante podem ser por rampas fixas ou flutuantes. Em alguns casos os veículos terrestres não atingem o flutuante, sendo a carga e a descarga feitas por teleféricos ou pontes rolantes. Eventualmente são colocados armazéns nos flutuantes (pequenos portos Argentinos do rio Paraná) Figura 20 – Cais flutuante PORTOS 19 9.6 – CAIS EM PLATAFORMA CONTÍNUA TIPO "FINGER" A estrutura, nestes casos, é, em geral, vazada e consta de uma plataforma apoiada em estacas tubulões. Podem existir, além disso, cais auxiliares para pequenas embarcações de apoio, tais como, rebocadores ou lanchas. Na figura abaixo, estas instalações estão apresentadas por um cais corrido, em cortina ancorada, normal ao cais principal. 9.7 – OUTROS TIPOS DE CAIS Para pequenas instalações ou como obras provisórias, são usados trapiches, estacas de madeira, etc. O simples rampeamento da margem e seu revestimento pode ser usado como obra de acostagem em rio de pequena variação de nível d'água. 10 – CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS DAS OBRAS DE ACOSTAGEM Sobre o ponto de vista operacional, tem-se os seguintes tipos de obras de acostagem. Cais para graneis sólidos Cais para graneis líquidos Cais para carga geral Trechos de cais especializados para movimentação de graneis sólidos ou líquidos são chamados de terminais. 10.1 – TIPOS DE CAIS PARA GRANEIS SÓLIDOS: Terminais para: Minérios, Fertilizantes, Grãos Figura 21 – Cais em plataforma tipo Finger PORTOS 20 10.1.1 – Requisitos FÍSICOS para a implantação de terminais de granéis sólidos Áreas planas e com boa capacidade de suporte (fundações) Em terra Idealmente longe dos centros Urbanos Profundidades adequadas navio de projeto No Mar Condições de acesso adequadas 10.1.2 – Requisitos TÉCNICOS para a implantação de terminais de granéis sólidos Acesso Ferroviário Acesso Marítimo técnica e ambientalmente adequado A céu aberto Estocagem Verticais Em Silos Horizontais 10.1.3 – Requisitos OPERACIONAIS para terminais de granéis sólidos Moegas rodo-ferroviárias de Pátio Correias transportadoras Stackers / Reclaimers Equipamentos Portuários Ship-loader de Cais Caçambas Ship-unloader Sugadores etc. 10.2 – TIPOS DE CAIS PARA GRANEIS LÍQUIDOS Terminais para: Sucos (Santos – SP), Petróleo, Derivados (Miramar – PA) 10.3 – TIPOS DE CAIS PARA CARGA GERAL São cais contínuos para atender os diversos porões dos navios através de guindastes que se movimentam ao longo do cais. O sistema de desembarque de trigo é feito através de sugador e que também se desloca ao longo do cais que deve ser contínuo. O desembarque de minério é feito através de caçamba ou grebe (cais contínuo). O carregamento de minério pode ser feito em cais descontínuo (SHIP LOADER) ou não, dependendo da concepção. PORTOS 21 11 – LAYOUT PORTUÁRIO O layout portuário é dividido em layout terrestre e aquático. É extremamente importante no sistema de transporte, podendo inviabilizar o porto, dependendo da disposição e arranjo dos equipamentos portuários. As componentes aquáticas de natureza hidráulica, o responsável é o engenheiro hidráulico. As componentes terrestres, o responsável é o engenheiro de transporte. É importante haver integrarão entre as duas partes, caso contrário ocorrerá problemas de planejamento. Exemplo: Porto de Macapá. O alinhamento do berço forma um ângulo com a corrente d'água, o que acarreta dificuldades na manobrabilidade, operação e atracação do navio. a) Fatores que influenciam no layout portuário. Navios Tipos de carga 11.1 – COMPONENTES AQUÁTICAS (ou layout aquático) As componentes aquáticas dos portos, normalmente se podem dividir-se em três partes: o canal de acesso, o ante-porto e o porto propriamente dito, com sua bacia de evolução e instalações de acostagem. O canal de acesso liga as profundidades existentes em alto mar às instalações aquaviárias internas do porto, permitindo a entrada dos navios nas instalações portuárias. Os canais de acesso são caracterizados por sua profundidade, largura, inclinação dos taludes laterais e curvas, quando existirem. Devem ser o mais retilíneos possíveis e alinhados na direção dos ventos. Normalmente são balizados e suas profundidades podem ser mantidas naturalmente ou artificialmente. Normalmente, são dimensionados de modo a permitir o cruzamento de dois navios trafegando em sentidos contrários. O ante-porto (ou área de fundeio) é área marítima onde os navios fundeiam quando entram no porto, aguardando a visita das autoridades policiais, aduaneiras e da saúde, a fim de desembaraçar o navio, permitindo a atracação. O ante-porto, ou área de fundeio, deve ser dimensionado de forma que os navios aí fundeados possam girar em torno do ponto de atracação. Finalmente, o porto é onde se encontram as instalações de acostagem dos navios em frente às quais se estende à bacia de evolução das embarcações que atracam o porto. A bacia de evolução serve para as manobras de giro dos navios. Em geral esta operação é realizada com o auxílio de rebocadores. Quando não, poderão ocorrer acidentes como: a embarcação sair fora da área de evolução, pelos efeitos de corrente ou pela inércia do navio, indo de encontra a molhes, ao porto ou até mesmo encalhar. PORTOS 22 As dimensões dessas diferentes áreas do porto variam conforme os navios para os quais elas forem projetadas. Essesnavios, que normalmente são os maiores navios que uma determinada instalação portuária pode abrigar, são chamados de navios de projeto. Os parâmetros essenciais do navio destinados ao dimensionamento das instalações portuárias são o comprimento, a boca e o calado. 11.1.1 – Dimensionamento dos Canais de Acesso a) LARGURA DO FUNDO O dimensionamento da largura de fundo dos canais é realizado em função da boca (B) do navio de projeto, nos trechos retilíneos, e da boca (B) e comprimento (L) do mesmo navio, nos trechos em curva. As fórmulas utilizadas nesse dimensionamento são empíricas, como não poderiam deixar de ser, uma vez que expressam fatores altamente aleatórios como os que regem o movimento dos navios nas áreas portuárias. De qualquer forma, todas elas incorporam coeficientes de segurança compatíveis com cada elemento que se quer dimensionar, em cada caso. Os navios de maior dimensão exigem, evidentemente, uma maior folga no dimensionamento das instalações. O dimensionamento realizado para navios de menor porte permite que as fórmulas a serem aplicadas tenham folgas menores. Considerando-se a seção transversal do canal de acesso abaixo, as principais fórmulas utilizadas no dimensionamento do seu fundo são, para os trechos retilíneos: Onde: V= 1,6 B V – Via de passagem dos navios. e > 1,6 B e – Entrevias. t= (1,0 a 1,3) B t – Distância ao pé dos taludes laterais do canal. Figura 22 – Seção transversal de um canal com talude inclinado PORTOS 23 Outras fórmulas simplificadas aplicadas ao dimensionamento do fundo dos canais, também podem ser utilizadas, de acordo com a PIANC (Permanent International Association of Navigation Congresses): T= (6 a 7) B com cruzamento de navios T= (3 a 4) B sem cruzamento de navios A Norma Brasileira - NBR 13246/1995, adota os seguintes valores para "T": T= (6,8 a 7,4) B com cruzamento de navios T= (3,6 a 4,2) B sem cruzamento de navios OBS: Os valores de "T" mínimos correspondem a canais com taludes inclinados e os valores de "T" máximos correspondem a canais com taludes verticais. No trecho em curva, será necessário o acréscimo de uma sobrelargura que permita a inscrição dos navios de projeto, levando-se em conta seu comprimento, de acordo com a fórmula a seguir, referente ao comprimento do navio: Onde: S – Sobrelargura do canal em curva R – Raio do eixo do canal (Ver Figura 23) Figura 23 – Sobre largura de curva S= L2/8R PORTOS 24 11.1.2 – Profundidade do Canal Na fixação das profundidades do canal, é necessário levar-se em conta os movimentos dos navios que são representados como se segue: Figura 24 – Movimentos do navio na superfície livre A profundidade do canal é calculada em função do calado máximo (d) do navio de projeto, e considerando-se os seguintes parâmetros, na seção transversal do navio: Figura 25 – Profundidade do canal Na prática, a folga líquida ou pé-de-piloto líquido que o canal terá é de 1 a 2m sob a quilha do navio de projeto, aumentando a profundidade em função do tipo de material do fundo (areia, argila ou, ocasionalmente, rocha). PORTOS 25 EXERCÍCIO: Dimensionar o canal de acesso de um porto, onde se prevê o cruzamento de duas embarcações com as seguintes dimensões: L= 282m; B= 39,6m; e d= 14,8m. PORTOS 26 11.1.3 – Dimensionamento de Bacias de Evolução e Ante-portos (ÁREA DE FUNDEIO) O dimensionamento das bacias de evolução e dos ante-portos se faz em função do comprimento do navio de projeto, utilizando-se diâmetros maiores para os navios de maior porte. Normalmente, aceita-se a fórmula abaixo nesse dimensionamento: Onde: R – Raio da Bacia de Evolução L – Comprimento do navio de projeto a) BERÇO DE ATRACAÇÃO Unidades que permitem a atracação dos navios. É uma das unidades mais importantes do lay-out de um porto. As dimensões dos berços são determinadas usando simulação (teoria de filas) e pesquisa operacional. Os berços devem ser sempre alinhados na direção da corrente. O canal de acesso e a bacia de evolução são dimensionados para o navio tipo. Assim como, o berço de atracação. Para determinação do número de berços, precisamos conhecer a quantidade de carga movimentada, produtividade verificada no porto e do tamanho do navio de projeto. OBSERVAÇÕES: O cais sempre deve está alinhado com a direção da corrente d'água (escoamento). Os berços sempre que possível deverão está localizados o mais próximo possível da isóbata (curva de mesma profundidades) 11.2 – OBRAS EXTERNAS DE ABRIGO OU PROTEÇÃO Quando não é possível a construção de obras portuárias em uma bacia naturalmente abrigada, ou seja, sem necessidade de obras de proteção, devemos prever obras especiais de proteção, tais como molhes de enrocamento ou diques refletores das ondas. Em casos de fortes correntes marítimas ou de maré, podem ser necessários diques ou molhes de proteção contra as correntes. As possibilidades de arranjos gerais das obras acostáveis e de proteção são extremamentes variadas e dependem de muitos fatores, tais como a morfologia das costas, o plano de ondas e ventos etc. R= (2,75 a 5,0) L PORTOS 27 As figuras a seguir indicam as possibilidades de arranjos gerais de obras, com molhes de proteção, quebra-mares ou uma solução chamada estuarina. Na figura 26 temos um complexo portuário, implantado numa linha de costa sensivelmente retilínea, protegido contra a ação das ondas por uma linha de molhes, formando um segmento trapezoidal. Figura 26 – Molhes Na figura 27 temos uma solução típica para um terminal tipo externo, constando de um berço de atracação, protegido por um molhe em L e ligado à zona de retroporto por uma longa ponte de acesso. A figura 27 mostra ainda uma solução dita "estuarina" ou entravada no litoral (porto escavado). Esta solução é muitas vezes adotada em zonas de estuários, em que os trabalhos de dragagem são complementares a um delta ou bacia fluvial existente. Figura 27 – Terminal externo em "L" e um porto escavado PORTOS 28 As obras externas são utilizadas para dar abrigo às instalações portuárias. Podem ser de dois tipos básicos: a) MOLHES: Os molhes de abrigo são obras que têm uma de suas extremidades ligadas em terra (os molhes podem impedir o transporte de sedimento). b) QUEBRA-MARES: Os quebra-mares são obras sem nenhum vínculo com o litoral, ficando soltas em suas extremidades. Figura 28 – Molhe e Quebramar As obras de abrigo são construídas em pleno mar, distante das instalações portuárias que irão proteger, sendo sua localização influenciada, essencialmente, em função dos seguintes fatores: Direção de propagação da onda máxima Configuração do litoral Dimensão da área a abrigar Na definição do comprimento e tipo de obra a ser implantada é usual a utilização de modelos reduzidos, físicos ou matemáticos, onde se busca otimizar o comprimento e a direção da obra em planta. 11.2.1 – Classificação das Obras de Abrigo As obras de abrigo podem ser classificadas segundo diferentes critérios: a) QUANTO AO PERFIL b) QUANTO AO TIPO CONSTRUTIVO c) QUANTO À FORMA DE ATUAR SOBRE A ONDA De paramento vertical De concreto Refletivas De paramento inclinado De enrocamento Natural Quebra-ondas Artificial Mistas Mistas Mistas PORTOS 29 As obras de paramento vertical são, concomitantemente, de concreto e refletivas; as de paramento inclinado são, também, de enrocamento e do tipo quebra-ondas. As obras de enrocamento natural utilizam blocos de rocha que, no paramento exposto à ação das ondas, devem formar uma camada, chamada armadura principal, que é destinada a conter a ação das ondas de maior altura que atuarem sobre a obra (ondas de projeto). No caso de impossibilidade de utilização de blocos naturais são usados blocos artificiais de concreto que podem ter formato geométrico (cubos, em geral) ou formatos especiais desenvolvidos em laboratórios de hidráulica. Existem mais de 90 tipos desses blocos, sendo os mais usuais os tetrapodes (desenvolvidos no Laboratório de Neyrpic, na França) e os dolos (desenvolvidos em laboratório da África do Sul). A figura 29 mostra vários tipos de blocos artificiais, com formatos os mais diversos. Figura 29 – Tipos de blocos artificiais de concreto As obras mistas têm, normalmente, uma parte inferior de enrocamento (com paramento inclinado, portanto) tendo a parte superior construída em concreto (com paramento vertical). PORTOS 30 11.2.1.1 – Critérios de Escolha do Tipo de Obra As obras de abrigo são escolhidas, normalmente, após análise de distintos critérios: a) TÉCNICOS Sob esse ponto de vista, são examinados os seguintes aspectos: Em locais sujeitos a recalques diferenciais as obras devem ser, necessariamente, refletivas. Para a obra ser refletiva, será necessário que esteja situada em locais onde p >2H, Sendo: p – Profundidade local; 2H – Altura de onda de projeto. b) ECONÔMICOS Deverão ser levados em conta os seguintes aspectos: As obras refletivas, em princípio, poderão ser mais econômicas, em virtude de ter um perfil transversal menor. As avarias em obras de abrigo só podem ser reparadas em obras do tipo quebra-mar; avarias em obras refletivas significam, normalmente, perda total da obra. c) CONSTRUTIVOS Deverão ser avaliados: Distância das pedreiras, no caso das obras de enrocamento. Condições de agitação durante a construção. 11.2.2 – Elementos de Projeto e Cálculo dos Molhes e Diques Dependendo de localização e exposição às ondas e correntes, as obras portuárias deverão ser convenientemente protegidas, de modo a garantir um grau de tranquilização apropriado para a bacia de atracação. Para atingir este objetivo, devemos, em obras portuárias em mar aberto ou baías menos tranqüilas e sujeitas à ação de ondas ou correntes de maré, projetar obras de molhes ou diques de proteção, de modo a reduzir o grau de agitação a níveis toleráveis. O projeto destas obras envolve dois problemas básicos: a) a determinação do nível de agitação ou velocidades de correntes, após a implantação das obras de proteção, b) o estudo da estabilidade dos molhes ou diques de proteção. PORTOS 31 O primeiro aspecto do problema deve ser estudado com base na análise dos efeitos de reflexão, refração e difração das ondas ou no estudo do campo de correntes, quando se tratar de obras expostas à ação de correntes de maré ou outras. Em obras de maior importância, toma-se imprescindível o estudo hidráulico em modelo reduzido. Não constitui o objetivo desta obra aprofundar o estudo destas questões ou de outras correlatas, de natureza excessivamente especializada. O segundo aspecto do problema, isto é, o estudo da questão da estabilidade dos molhes e diques de proteção das obras marítimas será aqui discutido em caráter resumido. Os molhes ou diques de proteção contra a ação das ondas são de dois tipos: a) molhes que provocam a ruptura das ondas; b) diques refletores das ondas. Os molhes que provocam a ruptura das ondas são construídos de enrocamentos taludados de pedras naturais ou elementos artificiais de concreto. tais como, tetrápodes ou outros. Os diques refletores de ondas são constituídos, em geral, por construções maciças em concreto simples ou armado (caixões), com fundações sobre enrocamentos. Os molhes de proteção contra a ação das correntes são também constituídos, via de regra, por espigões de elementos rochosos naturais ou artificiais. A Figura 30 apresenta alguns tipos de tetrápodos e enrocamentos de pedras naturais. Figura 30 – Blocos artificiais PORTOS 32 a) MOLHES E DIQUES DE DEFESA CONTRA A AÇÃO DAS ONDAS Os diques de proteção contra as ondas são do tipo que provoca sua ruptura ou do tipo refletor. A Figura 31 apresenta cortes transversais típicos deste tipo de obras. Figura 31 – Diques de proteção Na figura 31(a), tem-se a seção transversal de um molhe típico de enrocamento. Os taludes do enrocamento podem variar na ordem de 1: 1,5 a 1:3 (cotg α = 1,5 a 3,0), de acordo com o tipo de material empregado. Existe naturalmente o interesse de manter o talude o mais acentuado possível, dentro das características do material empregado, de modo a obter a máxima economia. A cota do topo do molhe deve ser fixada de modo a evitar a passagem das ondas sobre a crista, seja pela altura da onda ou pela sua ascensão ao longo do talude (wave runtip). Na Figura 31(b), tem-se a seção típica de um dique refletor de ondas. Estes diques são, em geral, projetados de modo a criar um anteparo vertical, capaz de refletir as ondas progressivas neles incidentes, gerando ondas estacionárias ou clapolis. A altura do dique deve ser compatível com a altura do clapoti, que é igual ao dobro da altura da onda progressiva incidente. Ambos os tipos de molhe ou dique têm, em geral, uma pista ou via de trânsito em seu coroamento. PORTOS 33 b) MOLHES DE ENROCAMENTO OU BLOCOS ARFIFICIAIS Estes molhes, cuja seção típica é indicada na Figura 31(a), provocam a ruptura da onda, quando esta ascende pelo talude de incidência. O fenômeno é semelhante ao da ruptura da onda num fundo de profundidade decrescente. Em primeira aproximação, poderíamos estudar o problema com critérios semelhantes aos acima referidos. Todavia, o fenômeno é mais complexo, em conseqüência da rugosidade do talude do enrocamento, que faz com que parte da energia da onda seja dissipada por atrito ou turbulência. Pode haver uma reflexão parcial da onda, em especial no caso de taludes muito empinados, e, às vezes, só um estudo em modelo pode dar informações corretas. Admitiremos aqui que ocorreu a ruptura da onda e vamos apresentar fórmulas que permitem dimensionar os blocos componentes, em função da altura H da onda do projeto. Os estudos fundamentais da estabilidade dos molhes de blocos naturais ou artificiais foram realizados, em primeira mão, por R. Iribarren. Ele deduziu fórmulas para determinar o peso dos blocos naturais ou artificiais, no talude de incidência das ondas no molhe, admitindo seja a ruptura da onda, seja o fluxo e refluxo da mesma, ao longo do talude. Posteriormente, os pesquisadores norte-americanos R. Y. Hudson e R. A. Jackson realizaram uma série de investigações na U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station, cujos resultados completaram e generalizaram os estudos de Iribarren. Resumiremos, aqui, a formulação final para o cálculo do peso de blocos naturais e artificiais, segundo Iribarren, apresentando também fórmulas que condensam as experiências norte-americanas. As fórmulas obtidas são conhecidas pelo nome de "fórmulas de Iribarren-Hudson". Onde: P: Peso mínimo do bloco de enrocamento (tf) Kd: Coeficiente de estabilidade dos blocos naturais ou artificiais H: Altura da onda ( m ) dr: Densidade do enrocamento, em relação a água do mar = γ . γa α: ângulodo talude do enrocamento Iribarrem calculou os valores Kd = 0,0148 para os molhes de enrocamento natural e Kd 0,0187 para molhes constituídos de blocos artificiais. Conforme se observa, este coeficiente é pouco variável e Iribarrem propôs adotar: Kd = 0,015 e Kd 0,019, respectivamente, para molhes de blocos naturais e molhes de blocos artificiais 33 3 )1()( .. drSenCos drHKd P PORTOS 34 Na Figura 32, está representada uma onda de altura H, que rompe num talude de enrocamento, de inclinação α. Figura 32 – Onda rompendo num talude de enrocamento Para completar nossas considerações a respeito dos molhes de enrocamento ou blocos artificiais, faremos algumas observações a respeito do arranjo dos blocos ou elementos de enrocamento. Figura 33 – Camada de enrocamento de proteção Os blocos ou elementos calculados de acordo com as fórmulas anteriormente apresentadas devem ser dispostos apenas no talude diretamente sujeito à ação das ondas, conforme sugere a Figura 33. No restante do molhe e, em especial em seu núcleo, as unidades de enrocamento ou blocos podem ser de menor dimensão ou dimensões variáveis. A espessura da camada de proteção sujeita ao ataque direto das ondas deve incluir um mínimo equivalente a três camadas de elementos, cujo peso P é determinado pela fórmula anterior. Teremos, assim, para a espessura da camada de proteção, aproximadamente. e = 3 3√ P/ sendo o peso específico do enrocamento ou blocos. PORTOS 35 Em caso de blocos artificiais, por medida de economia, a espessura da camada de proteção pode ser reduzida ao equivalente a duas camadas de blocos, ou seja, e = 2 3√ P/ A espessura e pode ser variável ao longo do talude pelo fato de podermos diminuir a dimensão dos elementos de enrocamento ou blocos com a profundidade, em relação ao nível da água. De fato, a altura de onda H, que figura na fórmula, pode ser substituída pelo raio das trajetórias orbitais das partículas fluidas e que diminuem com a profundidade. Podemos, assim, escalonar decrescentemente estas espessuras, obtendo e1 , e2, e3 etc. A largura do coroamento do molhe é, em geral, fixada pelas necessidades de movimentação do equipamento que lança o enrocamento ou os blocos. c) DIQUES REFLETORES DE ONDAS Os diques refletores de ondas, como vimos, são construções de paramento vertical, assentes sobre bases de enrocamento (Figura 31 (b) ) e que provocam a reflexão total da onda, gerando clapotis. A Figura 34 reproduz em maior detalhe a situação. Figura 34 – Dique de reflexão total O dimensionamento de um dique refletor de ondas deverá levar em conta as seguintes solicitações e fatores: a) pressões das ondas estacionárias de clapotis; b) sub-pressões na base e pesos submersos dos diversos componentes da construção, c) profundidades mínimas do fundo e da base de enrocamento. d) elevação mínima da crista do dique, acima do nível máximo da água. PORTOS 36 Ao compor os diversos diagramas de forças, devemos combinar as pressões estáticas com as pressões máximas ou mínimas das ondas, levando em conta os possíveis desníveis da superfície fluida de um lado e de outro do dique, em virtude da possibilidade de termos de um lado uma crista e de outro lado uma depressão. Os pesos dos elementos da construção a serem inseridos nos cálculos de estabilidade deverão ser os pesos submersos ou não, conforme a sua situação, em relação ao nível da água. Na base do dique, deverá ser levada em conta uma sub-pressão, com uma pressão variável, máxima do lado da onda incidente e mínima do outro lado do dique. Para evitar a ruptura da onda, a profundidade mínima do fundo deverá ser H1> 4a, sendo "a" a amplitude da onda. Da mesma forma, a profundidade mínima acima do nível do enrocamento da base deverá ser H2 > 3a A elevação H3 da crista do dique, acima do nível máximo da água, deverá ser tal de modo a impedir a passagem das ondas. Para concluir, serão realizadas algumas observações a respeito da construção dos diques refletores de ondas. Estas observações podem ser executadas de várias maneiras. Quando se tratar de obras em pequenas profundidades, podemos eventualmente recorrer a ensecadeiras e concretagem submersa. Em outros casos, devemos optar por construção em blocos justapostos ou caixões, com enchimento por lastro de enrocamento. Estes últimos são transportados por flutuação, após a fabricação em canteiro ou carreira. d) MOLHES DE PROTEÇÃO CONTRA A AÇÃO DAS CORRENTES No caso da existência de correntes acentuadas, principalmente correntes de maré, as obras portuárias deverão ser protegidas por molhes de enrocamento, cujo comportamento apresenta algumas diferenças essenciais em relação ao comportamento dos molhes de proteção contra as ondas. A principal diferença é a de que, nos molhes contra a ação das correntes, não podemos, em geral, fazer variar as dimensões dos elementos, adotando unidades menores no núcleo e unidades maiores no manto de proteção, como nos molhes contra a ação das ondas. No fenômeno das correntes, contrariamente ao que ocorre nas ondas, as velocidades das partículas fluidas não diminuem sensivelmente com a profundidade, não constituindo, portanto, apenas uma ação de superfície. Durante o processo construtivo, toda a seção do molhe estará também submetida às ações máximas. Assim sendo, neste tipo de molhe, as unidades de enrocamento ou blocos artificiais deverão ter a mesma dimensão. PORTOS 37 As dimensões e conseqüentemente o peso das unidades ou blocos deverão ser calculados de modo que as forças produzidas pela corrente não sejam suficientes para carreá-los. A condição limite de equilíbrio, a partir da qual ocorre o carreamento do elemento, é definida por: F - μPs = O sendo F a força hidrodinâmica exercida pela corrente sobre o elemento, Ps seu peso submerso e o coeficiente de atrito (Fig. 35). Figura 35 – Sistemas de forças atuantes no elemento É possível deduzir uma fórmula capaz de determinar o diâmetro médio dos elementos de enrocamento, em função de seu peso específico e da velocidade das correntes. Uma fórmula, neste sentido, foi deduzida por S. V. lzbash , com o intuito de aplicá- la aos diques de enrocamento que servem para o fechamento dos rios, na construção de obras hidráulicas. Para condições usuais das rochas, pode-se calcular o diâmetro do bloco como: Dr = Vm2 . K . 2g( λr – 1 ) λa Onde, "K" é um coeficiente adimensional igual respectivamente a 1,35 para rocha de perfil triangular e 0,69 para rocha de perfil acentuadamente alongado. Considerando os blocos aproximadamente esféricos, o seu peso será: 3 P = λr . π Dr = λr . Vm6 . 6 6 K3 (2g)3 ( λr - 1 )3 π λa Onde: P = peso mínimo dos blocos (tf) λr = peso específico do bloco (tf/m3) λa = peso específico da água (tf/m3) Vm = velocidade média da corrente ao longo da seção transversal (m/s) K = coeficiente adimensional PORTOS 38 Figura 36 – Diagrama de velocidades Com esta fórmula, podemos dimensionar o peso dos blocos de rocha para os molhes proteção contra as correntes. Verificamos que o peso dos blocos varia com a sexta potência da velocidade, decorrendo daí a importância de uma fixação correta da velocidade corrente no projeto. 11.3 – OBRAS INTERNAS OU DE ACOSTAGEM As obras internas são utilizadas para acostagem dos navios nos portos. Algumas dessas obras servem, também, para a amarração dos navios, sendo complementares às obras de acostagem, propriamente ditas. As obras de acostagem mais usuais são: Cais (quays ou wharves, em inglês) Molhes de atracação (finger piers, em inglês) Trapiches Pontes de atracação Podemos, ainda acrescentar um tipo de estrutura complementar às obras de acostagem, freqüentemente encontrada nos portos, que mesmo não servindo precipuamente a acostagem, é utilizada na amarração dos navios: Duques d’Alba (dolphins, em inglês) Finalmente, também usada na amarração dos navios, temos as bóias de amarração, cujo exemplo mais notável é a monoboia, utilizada nos terminais petroleiros para o transbordo de graneis líquidos. PORTOS 39 DEFINIÇÕES DAS OBRAS Os cais são estruturas contínuas, contíguas ao litoral e a ele paralelas. São freqüentemente encontrados formando uma seqüência de berços de amarração, podendo ou não ser utilizado para o mesmo tipo de carga. Os molhes de atracação são estruturas perpendiculares ao litoral, servindo para a atracação em suas duas faces paralelas. Os trapiches são estruturas paralelas ao litoral sem que, no entanto sejam a eles contíguas. São, normalmente, ligadas ao litoral por passarelas que permitem o acesso à obra de acostagem. As pontes de atracação são estruturas de menor porte, destinadas a acostagem de embarcações auxiliares à navegação, como rebocadores e lanchas. São usualmente encontradas em planta com formato em I, T ou L. Os duques d’Alba são obras isoladas que servem à amarração dos cabos dos navios, sendo usualmente construídas no mesmo alinhamento (ou um pouco mais a ele recuadas) dos maciços centrais de amarração dos navios. Neste caso, podem ser consideradas como obras complementares dos berços de atracação. Cais escavado são construídos no interior do continente, ou seja, através de escavações nas margens, geralmente com o auxílio de dragas. Finalmente, as bóias de amarração são utilizadas para a amarração dos navios nos portos, sempre que o transbordo da carga não exige uma atracação contínua, ou em local abrigado. Têm tido aplicação crescente no transbordo de graneis líquidos, onde são utilizadas as monoboias (ou SBM – Single Buoy Moorings), que são construídas com a finalidade específica de atender ao bombeamento de líquidos através delas. As figuras a seguir apresentam em planta cada uma das principais obras de acostagem acima descritas. Figura 37 – Cais escavado PORTOS 40 Cais Figura 38 – Cais Molhe Figura 39 – Molhes de atracação Figura 40 – Trapiche Litoral Figura 41 – Pontes Dársena PORTOS 41 11.3.1 – Estruturas das Obras de Acostagem As obras de acostagem são construídas no interior dos portos, sendo utilizadas para a operação de carga e descarga dos navios. Servem, basicamente, para: * Acostagem das embarcações * Muros de arrimo para o terrapleno dos cais 11.3.1.1 – Classificação Estrutural: As obras de acostagem podem ser classificadas estruturalmente nos seguintes tipos fundamentais: a) OBRAS DE PESO: quando a estabilidade da obra é assegurada pelo peso próprio dos elementos componentes; b) OBRAS LEVES: têm o peso próprio desprezível; sua estabilidade depende da resistência das peças componentes da estrutura às tensões que nelas se desenvolvem, provocadas pelos esforços solicitantes. c) OBRAS SEMI-LEVES OU SEMI-PESADAS: são aquelas em que tanto o peso próprio, quanto à resistência das peças componentes têm influência na estabilidade da obra. ESFORÇOS SOLICITANTES DAS ESTRUTURAS: São os seguintes os esforços solicitantes sobre as estruturas de acostagem: a) Sobre-cargas fixas ou móveis sobre o muro ou sobre o terrapleno. b) Empuxo do terrapleno, aumentado pelas sobre-cargas. c) Pressões hidrostáticas do mar e da água do terrapleno. d) Sub-pressão. e) Esforços dos navios sobre as amarras exercidos nos cabeços. f) Choques e pressões produzidos pelos navios diretamente contra o muro ou transmitidos pelas defensas e devidas a ondas e ventos; g) Peso próprio da estrutura. Serão descritos, em seguida, cada um desses esforços: a) SOBRE-CARGAS: Devidas à existência de veículos, armazéns e mercadorias, sobre o terrapleno. Projeta-se como carga uniformemente distribuída, tendo os seguintes valores: Cais de saneamento – 1t/m2 Cais comercial – 2t/m2 Cais de minérios – 5t/m2 Cais militar – 6t/m2 Casos particulares (para estocagem dos seguintes produtos): Carvão – 5t/m2 Madeira – 3 a 7t/m2 Sal – 8 a 12t/m2 Óleo – 10 a 15t/m2 Veículos rodoviários – 0,5 a 1t/m2 PORTOS 42 12 – AMARRAÇÃO DOS NAVIOS Cabeços de 20 a 25 m de espaçamento – França e 20 m de espaçamento – Alemanha. A figura abaixo mostra o esquema básico de amarração dos navios, indicando os principais cabos utilizados nessa função. Figura 42 – Cabos de amarração 12.1 – ACESSÓRIOS PARA AMARRAÇÃO DOS NAVIOS São considerados acessórios para amarração dos navios os elementos para fixação segura dos mesmos junto às obras de acostagem, durante as operações de carga e descarga. Os tipos de acessórios mais utilizados são os cabeços de amarração e os ganchos de desengate rápido. O cabeço é o acessório de amarração mais comum e trata-se, na verdade, de uma peça, normalmente composta por elementos metálicos de aço fundido, instalada sobre a face perpendicular ao paramento, devidamente dimensionada para resistir aos esforços de atracação e ancorada na estrutura do cais. O Número de cabeços será função do navio- gabarito, sendo usual o espaçamento entre cabeços de 1,0 a 1,5 vezes a dimensão lateral (boca) do navio, limitado a 30 metros. Por sua vez, os ganchos de desengate rápido são mais freqüentes nos terminais de operação de cargas especiais, notadamente cargas consideradas perigosas, ou ainda quando há forte incidência de ventos no local. Trata-se de uma alternativa aos cabeços tradicionais, permitindo a liberação rápida das amarras, mediante o acionamento dos gatilhos. Sua utilização poderá ser prevista, por razões de segurança, em obras de acostagem para embarcações com porte superior a 200.000 TPB (tonelagem de porte bruto). Figura 43 – Cabeço de desengate rápido PORTOS 43 13 – LAYOUT TERRESTRE * ARMAZENAGEM (armazéns cobertos, pátios, silos e tanques) * VIAS DE ACESSO * INSTALAÇÕES DE APOIO 13.1 – ARMAZÉNS: Não existe porto sem instalações de armazenagem. São instalações para armazéns de carga geral, podendo ser unitizadas (palets, containeres) ou isoladas. Os armazéns podem ser de primeira linha, junto aos berços (armazéns de transito) e os de segunda linha (afastados do berço). É ideal a carga passar sempre pelo armazém para equilibrar o sistema em curto prazo. Deve-se evitar que os armazéns de primeira linha fiquem próximos aos berços. O mais recomendável é que fiquem afastados de 25 a 30 metros dos berços de atracação. Croqui 13.2 – PÁTIOS: São necessários para o estacionamento de carretas ou armazenamento de containeres. Figura 45 – Pátios para armazenagem de Containeres Figura 44 – Distância do berço ao armazém PORTOS 44 13.3 – SILOS: Servem para estocar grãos ou granéis sólidos e fertilizantes (podem ser horizontais ou verticais) 13.4 – TANQUES: Não se deve alocar a área de tancagem junto ao cais, pois os tanques podem ser abastecidos por oleodutos, sendo assim, deve-se reservar as áreas próximas ao cais (área nobre) para a instalação de armazéns ou pátios. Em volta do tanque, deve-se escavar uma vala com capacidade igual à capacidade do tanque de modo a conter possíveis vazamentos. 13.5 – VIAS DE ACESSO: O acesso para uma instalação portuária pode ser: Rodoviário Ferroviário Hidroviário O acesso terrestre é muito importantepara o aproveitamento do porto. Exemplos de portos brasileiros e seus tipos de acessos. a) Porto do Rio Grande – RS: a metade da carga que chega ao porto vem por meio do transporte hidroviário. b) Porto de Vila da Conde – PA: é limitado pelo acesso rodoviário. c) Porto de São Sebastião – SP: Localizado na sobra da Ilha Bela, com excelentes condições marítimas, porém sem acesso ferroviário e difícil acesso rodoviário. 13.6 – INSTALAÇÕES DE APOIO: Área de administração Oficinas Subestação Reservatório d'água Parque de estacionamento Balança Portões de entrada etc. PORTOS 45 14 – ETAPAS NECESSÁRIAS À IMPLANTAÇÃO DOS PORTOS Quando se vai implantar um porto em um determinado local é necessário se obedecer a uma série de etapas até que se chegue à fase de construção. As etapas fundamentais que normalmente são seguidas compreendem: 14.1 – ESTUDOS PRÉVIOS: Esta fase é ocupada com os levantamentos preliminares que devem compreender observações dos seguintes elementos dos locais em estudo: Aspectos Fisiográficos (Ondas, correntes, marés, ventos). Aspectos Geotécnicos (sondagens existentes e dados geotécnicos disponíveis). Transporte Litorâneo (observação da situação existente). Hidrografia (através de sondagens batimétricas já existentes ou a serem realizadas). Conexões rodo-ferroviárias existentes com as áreas em estudo. Nesta fase, que deve compreender o levantamento de dados no período mínimo de um ano de observações, devem ser instalados os instrumentos que irão fornecer observações fundamentais ao futuro desenvolvimento dos projetos, como anemômetros, ondógrafos e marégrafos. É usual que nesta etapa ainda estejam sendo estudadas várias alternativas de localização portuária. A partir dos dados coligidos nessa fase de Estudos Prévios, em geral, é possível se restringir esse número para, no máximo, duas ou três alternativas. 14.2 – PLANO DIRETOR: Esta fase consiste em se estabelecer o arranjo geral das áreas portuárias em estudo, contendo as instalações que se deseja construir. Esse layout preliminar, analisado em conjunto com as informações coligidas na primeira etapa dos estudos, normalmente, permite se definir duas alternativas, no máximo, para prosseguimento dos estudos. 14.3 – ESTUDOS DE VIABILIDADE TÉCNICO-ECONÔMICA: Esta fase compreende o levantamento dos custos e benefícios das alternativas que estão sendo estudadas até esta etapa, passando a se estudar uma única alternativa, daí em diante. 14.4 – PROJETO BÁSICO: Na fase de Projeto Básico aprofundam-se os levantamentos das etapas anteriores, coligindo-se mais informações geotécnicas que permitirão a escolha do tipo de estrutura a ser utilizada no projeto, o dimensionamento das instalações de acostagem e do canal de acesso e o levantamento dos custos preliminares de implantação do projeto selecionado. Também nessa fase elaboram-se os estudos em modelo físico e/ou matemático que permitirão uma definição mais precisa das obras de abrigo do porto (se for o caso) e das obras de proteção costeira (se também for o caso). PORTOS 46 Os modelos portuários elaborados nessa fase dos estudos, normalmente, podem ser capitulados nos seguintes tipos: 14.4.1 – MODELOS DE AGITAÇÃO: destinados a minimizar a ação das ondas nos recintos portuários. Os modelos físicos que estudam esse aspecto são de fundo fixo e reproduzem os dados de onda previamente colhidos na natureza. 14.4.2 – MODELOS COSTEIROS: Onde se reproduzem trechos do litoral em torno da área portuária a ser implantada e onde se deseja estudar o transporte de sedimentos; esses modelos são sempre de fundo móvel. 14.4.3 – MODELOS DE ESTABILIDADE DE OBRAS DE ABRIGO: São modelos bidimensionais, construídos em canais de onda, onde se reproduz o talude das obras de abrigo e se analisa o comportamento de sua armadura principal submetida à ação das ondas de projeto. 14.4.4 – MODELOS ESPECIAIS: Cobrem uma vasta gama de estudos podendo, entre outros casos, serem utilizados para definir os seguintes aspectos: determinação das forças de amarração de navios submetidos à ação de correntes eliminação de vibração de pilares em estruturas submetidas à ação de correntes de grande intensidade (acima de 5 nós de velocidade) Nesta etapa, normalmente, chegam-se a estimativas de custo do projeto que oscilam entre mais ou menos 20% do valor final da obra, caso o projeto tenha sido adequadamente desenvolvido. 14.5 – PROJETO DETALHADO OU EXECUTIVO: O Projeto Executivo refina os dados do Projeto Básico, detalhando todas as formas e ferragens a serem utilizadas nas estruturas, assim como desenvolvendo as especificações finais que serão utilizadas nas licitações para a construção da obra. Admite-se, nesta etapa, que a estimativa do custo do projeto oscile entre 10 a 15 % do valor real da obra. 14.6 – CONSTRUÇÃO: Uma vez licitadas as obras, passa-se à etapa final do processo de implantação do porto selecionado, com a sua construção pelo empreiteiro definido no processo de seleção. Nesta etapa, considera-se de fundamental importância o acompanhamento da execução da obra por uma empresa encarregada de supervisionar as várias fase da construção e encarregada de definir eventuais alterações do projeto, conforme é usual acontecer. Este supervisor deverá ser encarregado de fornecer, também, ao final da a obra, ao contratante da mesma, as plantas “as built” das instalações, que sempre contêm alterações em relação ao Projeto Detalhado. Tais plantas serão fundamentais, toda vez que se necessitar fazer qualquer alteração nessas instalações, após sua construção. PORTOS 47 15 – EQUIPAMENTOS RECOMENDADOS, LAYOUT, DIMENSIONAMENTO E CONCEITOS OPERACIONAIS A escolha dos tipos de equipamentos, na elaboração de lay-outs e o dimensionamento das instalações, só podem ser estabelecidos a partir do conhecimento da tonelagem, volume e natureza dos fluxos de cargas previstos para movimentação no terminal. Os conceitos operacionais provem da filosofia básica do projeto e da implantação do terminal. No caso de utilizar equipamento nacional, sugere-se estudos para a definição da política industrial de fabricação de equipamentos de unitização e manipulação de cargas no transporte intermodal. 16 – OPERAÇÃO PORTUÁRIA A operação portuária, de um modo geral, pode ser dividida em três fases distintas: 1. PLANEJAMENTO 2. EXECUÇÃO 3. CONTROLE 16.1 – PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO PORTUÁRIA O planejamento é a fase inicial da operação portuária, que se caracteriza por um processo dinâmico, que consiste de estudo, análise e escolha das diretrizes visando ao estabelecimento de metas a serem alcançadas num período determinado. Deve, nesta fase procurar garantir ao porto as melhores condições para que as operações que possam ser realizadas o façam, idealmente, de maneira produtiva e racional. Para isso o setor operacional do porto deve contar com uma estrutura de recursos humanos tecnicamente qualificados e capacitados a exercer as seguintes atividades. prever e estabelecer metas e objetivos as a serem alcançados, programar, normatizar e determinar procedimentos como o objetivo de dotar a operação portuária de padrões de desempenho tais que permitam atingir os melhores índices de produção, considerando os recursos disponíveis. Compete então ao planejamento das operações portuárias fornecer condições para que os navios que demandam ao porto sejam atendidos de maneira racional, com o emprego de procedimentos que resultam na otimização dos recursos disponíveis e a mais perfeita adaptação das rotinas às condicionantes físicas e operacionais do porto. O planejamento deve compreender a planificação, dia a dia, das operações realizadas no porto, iniciando-se com a estimativa de chegadas de navios em um dado período, geralmente em um mês. PORTOS 48 Apartir dessa informação inicial o porto já apresenta condições de exercitar algumas tomadas de decisão, ainda em médio prazo, uma vez que as características dos navios esperados podem ser conhecidas através dos livros de registros das Sociedades Classificadoras das embarcações. Para o correto planejamento das operações, o porto deve ainda, conhecer o calado máximo dos navios, os tipos e quantidades de cargas a serem movimentadas, o tipo de navegação (Longo Curso, Cabotagem ou Interior) e o ETA (Estimated Time of Arrival) das embarcações. Com o conjunto dessas informações o porto poderá definir, para cada navio, os seguintes elementos: Local de atração; Áreas de armazenagem; Tipos de operações envolvidas. Para que se tenha, com precisão, conhecimento dessas informações necessárias à correta definição da operação e atendimento do navio é realizada nos portos, normalmente com 24 horas de antecedência à chegada das embarcações, uma reunião com a participação dos Agentes das empresas de navegação. Nessa reunião deveria ser entregue ao porto o manifesto de carga e, idealmente, o plano de carregamento do navio (caso de embarque), o que geralmente não ocorre. Essa reunião é uma etapa chave ao planejamento da operação de qualquer porto, sendo que nesta ocasião os agentes apresentam o seu plano de movimentação das mercadorias solicitando ternos, equipamentos, áreas de estocagem, etc. Esta requisição do agente geralmente é atendida, salvo em casos especiais quando o porto não tem possibilidade de atendimento ou ao porto interessar maior profundidade na operação devido à necessidade de diminuir o tempo de utilização do cais. Nesta última situação, o porto toma para si as definições das operações, dimensionando ternos e equipamentos. Ainda nessa mesma reunião, o porto transmite aos agentes os locais para atracação, atendendo a escala de prioridade definida na Portaria n 4496 de 26.10.1964 do Ministério de viação e Obras Públicas, como também ao peso ponderado da carga, de maneira que o navio com maior quantidade de carga armazenada em uma determinada área fique próximo a está área, diminuindo desse modo o momento de transporte. Além disso, com tal procedimento, procura-se evitar que o navio movimente sua maior quantidade de carga para um armazém distante do local de atração, gerando conseqüentemente transportes longitudinais intensos ao local do cais. Em resumo, para atingir aos objetivos assinalados, cabe ao planejamento da operação portuária as seguintes atividades: Realizar a programação das atrações e elaborar o programa geral das operações de cada navio esperado; Programar a execução das operações de todos os serviços portuários. Programar a distribuição de veículos e equipamentos para dos serviços em instalações de armazenagem, bem como outras dependências nas quais se processem operações de carga e descarga; Programar serviços marítimos ligados à operação portuária; Determinar providências para o atendimento de serviços solicitados por terceiros. PORTOS 49 Além destas atividades deve-se prever que o planejamento acompanha a execução dos serviços programados de modo a poder corrigir os eventuais desvios ou falhas, bem como, modificar os planos iniciais sempre que surjam imprevistos de qualquer natureza que dificultem ou até mesmo impossibilitem sua execução. Deve ainda o Planejamento, sistematicamente confrontar os dados das operações realizadas com os dados planejados, procurando identificar as divergências entre ambos e analisar os resultados obtidos, para que sejam corrigidas falhas de execução ou planejamento e permitir o contínuo aperfeiçoamento dos serviços. Conclui-se, portanto, que o planejamento das operações constitui o componente teórico das atividades de prestação de serviços de um porto, sendo capaz de considerar todas as condicionantes em jogo e, com base nos dados e informações que matem sob seu controle, permitir uma perfeita performance na execução das atividades portuárias. 16.2 – EXECUÇÃO DA OPERAÇÃO PORTUÁRIA A execução da operação portuária é a etapa que, após o planejamento, se inicia por ocasião da atracação do navio no cais, devendo a partir daí contar co todos os elementos necessários ao desempenho das atividades que serão executadas e que foram previamente definidas na reunião de planejamento comentada anteriormente. Portanto, a execução da operação constitui-se na componente prática da realização dos serviços portuários, sendo esta a etapa que caracteriza a atividade fim de um porto, requerendo, conseqüentemente, uma dinâmica operacional da melhor maneira possível, de modo que os objetivos sejam alcançados eficazmente. Como parte de suas atividades prestadoras de serviços, o porto deve atender aos navios, evidentemente, e também a outros usuários nas operações de carga e descarga, prevendo-os de condições para que o seu tempo de permanência no porto seja mínimo e o trabalho se realize com segurança e eficiência, apresentando faltas e avarias de mercadorias em níveis aceitáveis. A operação portuária varia significativamente conforme o tipo de carga que, por sua vez, influencia o tipo e algumas das principais características físicas dos navios. Conseqüentemente a operação ditará, entre outros fatores, a própria concepção estrutural dos cais de acostagem. A seguir são mostrados os procedimentos operacionais adotados no Brasil nas movimentações mais usuais de granéis sólidos e líquidos, assim como carga geral. 16.2.1 – Operação de Granéis Líquidos A operação de carga e descarga de granéis líquidos normalmente é efetuada em terminais especializados, podendo entretanto, caso a demanda não justifique a construção de tais instalações, serem movimentados em cais coletivo. PORTOS 50 O granel líquido é movimentado do porto para o navio, e vice-versa, por meio bombeamento, sendo que no sentido de descarregamento a carga é transferida para tanques de armazenagem utilizando-se o sistema de bombas do próprio navio, que em terminais especializados são acopladas a equipamentos portuários adequados denominados chik-sans. Esses equipamentos constam de braços articulados que conectam automaticamente as tubulações dos navios com as do porto. Esses equipamentos podem ser observados nos diversos terminais da Petrobrás existentes ao longo do litoral, como por exemplo o Terminal da Baia da Ilha Grande (TEBIG), e em terminais especializados instalados em portos, caso de Santos (SP), Suape (PB) e Mucuripe (CE). No sentido de carregamento dos navios a operação é similar, sendo porém utilizado no embarque a gravidade, quando as posições relativas entre o navio e tanque onde estiver estocado o produto assim o permitir, ou então o sistema de bombeamento de terra pode-se a título de exemplo citar o caso do Terminal de Miramar em Belém (PA), pertencente à Cia Docas do Pará, que permite, conforme o nível d'água alcançado pela maré, o carregamento por gravidade de derivados de petróleo. Quando o porto não possui terminal especializado na movimentação de granéis líquidos, os navios atracam no próprio cais comercial, onde existem tomadas das tubulações que conduzem aos tanques de armazenagem em terra. Não existe, neste caso, equipamento portuário especializado, sendo a transferência do produto dos navios para a terra e vice-versa, efetuada por mangotes posicionados com auxílio de guinchos ou guindastes de pequena capacidade localizados no cais ou, até mesmo, manualmente. Um exemplo de situação desse tipo pode ser verificado no porto de Itaqui (MA), pertencente à Cia Docas do Maranhão. No caso de existir na retroterra parque de tancagem, a carga pode ser transferida diretamente do navio para caminhões ou vagões tanque, e vice-versa. 16.2.2 – Operação de Granéis Sólidos A operação portuária de granéis sólidos depende totalmente do tipo de carga e do sentido de fluxo, de embarque ou desembarque.
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