Aula_11_Obras-de-protecao

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Data
PORTOS E HIDROVIAS
Aula 11: Obras de proteção - Prof. Samuel Santos - samuel.santos@uni9.pro.br 
Fotografia: Mauricio Carlos Dias
mailto:samuel.santos@uni9.pro.br
Material elaborado pelo prof. Dr. Samuel Santos. É vedada a sua venda, reprodução e compartilhamento sem autorização prévia do autor. Material protegido pelas leis 9.610 de 1998 e 12.853 de 2013
OBRAS DE PROTEÇÃO
“Na sua definição clássica e acadêmica, um porto nada 
mais é que um ancoradouro de navios, localizado na 
costa, junto à foz dos rios ou nos próprios rios, dotado 
de abrigo, oferecendo águas tranquilas e profundas para 
permitir que as operações de transferência de carga e 
passageiros de terra para bordo vice e versa, sejam 
realizadas com rapidez e segurança”. (BORGO FILHO, 
M. 2008, p. 147). 
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LOCALIZAÇÃO DO PORTO E A 
SUA PROTEÇÃO
✤ Porto em local que não oferece abrigo natural → 
requer obras de abrigo para a proteção;
✤ As obras de abrigo interferem na morfologia costeira e 
com os processos litorâneos de transporte de 
sedimentos;
✤ Transporte de sedimentos vs medidas mitigadoras que 
minimizem os impactos causados pelas obras;
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Quebra-mares, molhes, espigões
✤ Quebra-mar: estrutura construída para interromper a propagação 
de ondas e promover um recinto com águas tranquilas;
✤ Formam um porto artificial;
✤ Podem ser construídas para proteger praias, litorais, processos 
litorâneos dentre outras finalidades;
✤ Molhe: estrutura ligada à terra
✤ Quebra-mar: obra solta dentro d’água, normalmente paralela à 
terra;
✤ Espigão: se destinam ao controle de processos litorâneos como 
p.ex. para controle de transporte de sedimentos (guias-correntes) 
Porto de Leixões - Portugal
Fotografia: Leça da Palmeira https://goo.gl/qGSnYq 
https://goo.gl/qGSnYq
Porto de Suape
Fotografia: Porto de Suape
Fotografia: Programa de aceleração do crescimento - PAC
Fotografia: DME - https://www.deme-group.com/
https://www.deme-group.com/
Fotografia: DME - https://www.deme-group.com/
https://www.deme-group.com/
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Estruturas
✤ Blocos de rochas;
✤ Blocos de concreto;
✤ Blocos de concreto + rochas;
✤ Tetrapodos;
✤ Tibars
✤ Todas essas obras podem ser complementadas por muros de 
concreto para evitar o aspergimento da água por sobre o quebra-
mar
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Quebra-mar de parede vertical
✤ Muros de gravidade de concreto formados por blocos 
de concreto;
✤ caixões de concreto;
✤ células de escacas pranchas preenchidas com rochas;
✤ muros de estacas pranchas de aço ou de concreto;
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Fatores que determinam a escolha 
do tipo de obra de proteção
✤ Localização;
✤ Existência de material (p. ex.: rochas) no local da obra;
✤ Profundidade do local;
✤ Condições do solo no fundo do mar;
✤ Equipamentos indicados e disponíveis para a sua 
construção;
✤ Sua função no porto;
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Fatores que determinam a escolha 
do tipo de obra de proteção
✤ Força de atuação das ondas;
✤ Regime de ondas da região
✤ direções predominantes;
✤ frequências;
✤ alturas;
✤ períodos;
✤ comprimentos;
Layouts
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Fatores que determinam a escolha 
do tipo de obra de proteção
✤ Estudos em modelos reduzidos;
✤ Análise do subsolo no fundo do mar:
✤ as estruturas de gravidade dependem de seu peso para 
serem estáveis;
✤ peso das ondas no fundo do mar + quebra-mar
✤ Profundidade vs peso do quebra-mar vs estabilidade de 
fundo e a capacidade de carga;
✤ Fundações sólidas em fundos com material mole é técnica e 
economicamente inviável;
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Estrutura formada por blocos de 
pedra
✤ Tipo A: estrutura constituída de núcleo que se eleva 
acima do nível d’água;
✤ Armadura principal → blocos de rocha de grande peso;
✤ Núcleo: pedras de pequeno tamanho;
✤ Entre a armadura e o núcleo e o núcleo situam-se 
camadas intermediárias com granulometrias 
dimensionada com a finalidade de formar um leito de 
proteção para evitar fuga de material do núcleo
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Estrutura formada por blocos de 
rocha
✤ Tipo B: estrutura cujo núcleo se situa bem abaixo do 
nível d’água;
✤ Núcleo é coberto por uma camada de rochas de peso 
médio sobre a qual é colocada uma camada de blocos 
pesados;
✤ Núcleo: o material pode ser dragado ou bota fora de 
pedreira;
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Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
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Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
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3.
Imagem extraída de BORGO FILHO, M. Elementos de Engenharia Portuária, 2008.
Imagem extraída de BORGO FILHO, M. Elementos de Engenharia Portuária, 2008.
Material elaborado pelo prof. Dr. Samuel Santos. É vedada a sua venda, reprodução e compartilhamento sem autorização prévia do autor. Material protegido pelas leis 9.610 de 1998 e 12.853 de 2013
Projeto de obra de proteção
✤ Depende do estudo em modelos reduzidos;
✤ Estabilidade das estruturas: depende do peso e do 
formato das rochas/peças que constituem a armadura 
principal;
✤ Estabilidade da estrutura: depende da inclinação das 
paredes verticais;
✤ Obs.: as ondas não devem ser capazes de deslocar os 
blocos de rochas → colapso da estrutura;
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Fórmula de Iribarren
✤ Calcula o peso ds rochas na armadura principal em 
função da altura da onda prevista (onda máxima) e da 
inclinação do talude
P =
K ⋅H3 ⋅ρr
(cosα − senα )3(ρr −1)3
✤ P: peso do bloco da armadura 
principal [kg]; 
✤ ρr: massaespecífica dos blocos 
[t/m3]; 
✤ K: coeficiente do material (pedra 
= 15; blocos artificiais = 19); 
✤ H: altura da onda de projeto [m]; 
✤ α: ângulo do talude com a 
horizontal;
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Fórmula de Hudson
✤ P: peso do bloco da armadura;
✤ ρr: massa específica dos blocos [tf/m3]; 
✤ Sr: densidade das rochas ρr/ρo; 
✤ α: ângulo do talude com a horizontal; 
✤ KD: coeficiente de estabilidade (varia com a forma e tipo de material (KD varia 
de 2,0 a 5,5)); 
✤ Hs: altura da onda de projeto; usualmente é definida como a mídia de um terço 
das maiores ondas. A USACE adota média das dez maiores ondas;
P =
H3 ⋅ρr
KD ⋅(Sr −1)3 ⋅cotα
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MOLHES DE PROTEÇÃO CONTRA 
A AÇÃO DE CORRENTES
✤ FÓRMULA DE S. V. IZBASH
P =
γ r ⋅π ⋅δ r
3
6 =
γ r ⋅Vm
6
6
π
⋅k3 ⋅(2g)3 ⋅ γ r
γ H2O
−1
⎛
⎝
⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟
3
k varia de 0,69 a 1,35 
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Cálculo das espessuras das camadas (e).
e = n⋅ P
γ r
3
para projetos com enrocamento 
usando blocos de rocha n = 3;
para projetos com blocos de 
concreto n = 2
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
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Obras de proteção com paredes 
verticais
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Obras de proteção com paredes 
verticais
✤ São obras baseadas no princípio da reflexão das ondas;
✤ Ondas encontrando um paramento vertical em águas 
profundas refletem-se com pequena transmissão de 
energia;
✤ A obra depende do tipo de fundo;
✤ É usada também quando não se dispõe de rochas no 
local da obra;
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Pressão da onda sobre um 
paramento vertical
✤ Pressão hidrostática: varia com a oscilação da onda junto ao 
obstáculo;
✤ Pressão dinâmica: exercida pelas partículas de água em 
movimento;
✤ A partir das teorias de Saint-Venant e Flamant, Saintflow 
mostrou que:
hO =
πH2
4L cot
2ππ
L
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
A altura da onda em relação 
ao nível médio é:
Ha = hO +
H
2
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Pressão da onda sobre um 
paramento vertical
✤ Quando a onda é refletida pela parede um clapotis é 
criado. A altura do centro de oscilação acima do nível 
médio é:
γ d ± p2 = γ d ±
γ H
cosh 2ππ
L
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
⎡
⎣
⎢
⎢
⎢
⎢
⎤
⎦
⎥
⎥
⎥
⎥
✤ sinal positivo → onda na 
posição de crista;
✤ sinal negativo → onda na 
posição de cava;
“como o quebra-mar de paredes verticais pressupõe a 
reflexão das ondas e, portanto, a não transmissão de 
energia por quebra das ondas, momento em que toda 
energia é liberada sob a forma de transporte de massa, 
desenvolveu-se um tipo de estrutura em caixão com uma 
antecâmara perfurada de modo a facilitar a dissipação 
de energia das ondas” (BORGO FILHO, M. 2008)
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ESTUDO DE DIFRAÇÃO DE ONDAS
✤ Difração é a penetração ou a propagação de ondas atrás 
de obstáculos;
✤ com o seu estudo determina-se a agitação no recinto 
abrigado pelos quebra-mares com vista a proteção das 
operações portuárias de portos em mar aberto;
✤ O período das ondas difamadas é igual ao das ondas 
incidentes;
✤ A altura da onda difratada varia ao longo das frentes de 
ondas 
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Método de Iribarren
✤ A extremidade do obstáculo é fonte de uma oscilação 
que se propaga radialmente para frente com o mesmo 
período e fase da onda incidente;
✤ A difração resulta de uma transferência lateral de 
energia ao longo da frente de onda;
✤ A transferência se dá com velocidade igual a 
celeridade da onda;
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Método de Iribarren
✤ A partir do limite de alimentação verifica-se a 
transferência lateral de energia → mudança na altura 
da onda;
Hd =Hi cos
πd
4a+L
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
✤ Hd: altura da onda difratada no ponto em 
análise [m];
✤ Hi: altura da onda incidente [m];
✤ d: distância do ponto em análise até a linha de 
alimentação [m];
✤ a: distância da frente de onda até ao obstáculo 
[m];
✤ L: comprimento da onda [m]
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Exemplos de aplicação
Ex(1) Considere o projeto de um molhe feito com 
enrocamento que será utilizado para proteção contra 
correntes cujos dados são:
Altura significativa da onda Hs = 3,0 m; 
Inclinação dos taludes: 1V:2,5H;
Densidade das rochas que serão utilizadas no projeto: 
Sr = 2,2 t/m3;
Coeficiente do material K = 15 
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Exemplos de aplicação
Ex(2) O projeto de um molhe para proteção contra 
correntes está sendo desenvolvido com o emprego da 
fórmula de Izbash. Os dados para o cálculo do peso dos 
blocos de rocha são:
Velocidade média de ataque = 6 nós; 
Peso específico dos blocos = 2,2 tf/m3;
Coeficiente de estabilidade dos blocos Ki = 0,8;
Exemplos de aplicação
Ex(3) O projeto de um porto definiu-se que há a necessidade da instalação de 
um quebra-mar para a criação de uma zona para a atracação dos navios. Dos 
estudos efetuados em campo constatou que:
Comprimento da onda de projeto L = 156 m;
Altura da onda significativa Hs = 5,0 m;
Período da onda To = 10 s;
Ângulo de ataque das frentes de onda = 120º;
velocidade das correntes de maré = 2,0 m/s
Máxima altura da onda na linha de atracação Hadm = 0,5 m;
Cálculo do diâmetro do berço de atração: d = 4LOA + B;
Dados do navio-tipo: LOA = 200 m; B = 25 m; T = 12,5 m
Problema adaptado de 
GARCIA, P. D., Portos, 
Rios e Canais II, Notas 
de Aula, São Paulo,2013.
1º Passo: cálculo da bacia de evolução
d = 4LOA + B d = 4*200 + 25 = 825 m 
2º Passo: cálculo da relação radius/wavelength
radius
wave length
= 825156 ≈5,3
3º Passo: entrar no 
Ábaco de Wiegel e 
definir r/w
Plano Raio/Comprimento de onda
Procedimento: identificar no Ábaco de Wiegel a relação radius/
wave length em seguida criar um círculo correspondente.
4º Passo: cálculo do coeficiente de difração k’ 
k '= altura da onda desejada
altura da onda incidente
=
Hd
Hi
k '= Hd
Hi
=
0,5 m
5,0 m =0,1
5º Passo: identificar a curva referente ao coeficiente k’ 
no Ábaco de Wiegel
6º Passo: determinar a relação para o comprimento do 
obstáculo rígido no Ábaco de Wiegel
Plano Raio/Comprimento de onda
coeficiente de difração previamente calculado
3º Passo:
Plano Raio/Comprimento de onda
r/w ~ 5,3 
5º Passo: coeficiente de difração previamente calculado k’ = 0,1
6º Passo: Projeção para 
calcular o quebra-mar
6º Passo: Relação para definir o 
comprimento mínimo do quebra-mar
6º Passo: valor da relação
para o cálculo do comprimento do quebra-mar: r/w = 3
7º Passo: cálculo do obstáculo rígido
radius
wave length
=
distância desejada
comprimento de onda
distância desejada
comprimento de onda
=
dq
L
=3→dq =3*156= 468m
8º Passo: cálculo do 
comprimento total do 
quebra-mar
Lq = d + d1 + dq
Lq = 825 + 875 + 468 = 2168 m
d = 825 m
B
825 m
875 m 468 m
B
9º Passo: cálculo do peso (massa) dos blocos da 
armadura principal.
Para o cálculo do peso dos blocos da armadura principal 
será utilizada a fórmula de Hudson
P =
γ r ⋅H
3
KD ⋅
γ r
γ a
−1⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
3
⋅ 1
tgα
Para esse projeto estão sendo 
adotadas as seguintes 
características: 
enrocamento natural com 
colocação especial;
blocos assentados em duas 
camadas n = 2;
onda arrebentando em uma 
face do quebra-mar
γr = 2,5 t/m3;
γa = 1,03 t/m3;
taludes 1:3
α = arctg 13
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=18,43o
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3.
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Armadura: P = 6,2 ton;
Graduação variando em peso: 0,75*6,2 = 4,65 ton e 
1,25*6,2 = 7,75 ton;
Desta forma, a variação poderá ser de 4,65 a 7,75 ton sendo 
que mais de 50% deverá apresentar blocos com mais de 6,2 ton
10º Passo: determinação da variação do peso dos blocos da armadura e das camadas
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Primeira camada intermediária: P/10 = 6,2/10 = 0,62 
ton = 620 kg; P/15 = 6,2/15 = 0,413 ton = 413 kg;
Graduação variando em peso: 0,7*413 = 289,1 kg 
e 1,3*620= 806 kg;
Desta forma, a variação poderá ser de 289 kg a 806 kg
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
Núcleo: P/200 = 6,2/200 = 0,031 ton = 31 kg; 
Graduação variando em peso: 0,3*31 = 9,3 kg e 
1,7*31= 52,7 kg;
Desta forma, a variação poderá ser de 9,3 kg a 52,7 kg
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
11º Passo: cálculo das espessuras das camadas (e).
e = n⋅ P
γ r
3
para projetos com enrocamento 
usando blocos de rocha n = 3;
para projetos com blocos de 
concreto n = 2
Imagem extraída de ALFREDINI P. e ARASAKI, E. Engenharia Portuária, 2013.
11º Passo: cálculo das espessuras das camadas (e).
e1 =3⋅
6,2
2,5
3 = 4,10 m
primeira camada
e2 =3⋅
0,62
2,5
3 =1,90 m
segunda camada
12º Passo: verificação do peso para proteção contra as correntes
P =
γ r ⋅π ⋅δ r
3
6 =
γ r ⋅Vm
6
6
π
⋅k3 ⋅(2g)3 ⋅ γ r
γ H2O
−1
⎛
⎝
⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟
3
FÓRMULA DE S. V. IZBASH
P ≥ 2,5⋅2,0
6
6
π
⋅1,03 ⋅(2⋅9,81)3 ⋅ 2,51,03−1
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
3 ≥0,003813 ton→ P ≥3,81 kg