8-Ventos e Ondas (1)

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Portos e Vias Navegáveis
Ventos e Ondas
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Fonte: Notas de Aula STT-403 – Portos e Vias Navegáveis. 
Autor: Antônio Nélson Rodrigues da Silva
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• Conteúdo:
– Ventos e Ondas
• Introdução
• Ventos
• Ondas
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Introdução
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• Fenômenos Naturais que exercem grande influência na 
IMPLANTAÇÃO DE OBRAS COSTEIRAS => PORTOS MARÍTIMOS
• Impõem enormes esforços a essas obras, além dos problemas 
característicos de cada um dos materiais empregados, tais como 
fungos e insetos, que destroem a madeira e a corrosão, que 
compromete as estruturas de aço e de concreto armado.
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• Introdução
• 78,8 % da superfície terrestre = OCEANOS
– Grande influência no clima, na conformação das costas, na 
geologia, na biologia, etc...
– Ciência que estuda os mares e oceanos: OCEANOGRAFIA
• Além de servir como fonte de recursos naturais (alimentos, 
jazidas de recursos naturais), permite geração de energia, 
recebe detritos, são utilizados para lazer e CONSTITUE UMA 
IMPORTANTE VIA DE TRANSPORTE
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• Introdução – Oceano como via de transporte
– Característica Importante: Conformação das costa
• Beira Mar: Faixa Limite do oceano, atingida pelo movimento das ondas
• Estirâncio: Faixa de oscilação da maré
• Antipraia: faixa na qual ainda ocorre movimentação dos sedimentos pelas 
ondas, situada abaixo da baixa mar mínima
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• Conformação da costa
• Águas do mar, permanentemente em movimento, e os ventos 
intensos que sopram sobre as extensões livres dos oceanos, estão 
continuamente modificando a conformação dos litorais.
– Longo Prazo – idades geológicas, com as conformações rochosas
– Curto Prazo – nas formações menos resistentes – aluviões 
marinhos (areias e cascalhos)
• Aluviões sofrem movimento constante devido a ação das ondas, correntes 
e ventos
• Podem provocar assoreamento dos acessos aos portos, erosão das praias, 
movimentação de restingas, etc... 7
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VENTOS
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• Vento
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• Diferenças de pressão => movimento das massas de ar
• Caráter aleatório na intensidade, duração e direção.
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F = Cf . q .A
Cf – coeficiente de força
q – pressão dinâmica
A – área de referência
Cf - características 
Geométricas
A – área exposta ao 
vento
q = 0,613.Vk
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Vk – velocidade característica 
do vento
Vk = V0. S1. S2. S3
V0 – velocidade básica do vento
S1 – fator topográfico
S2 – rugosidade, dimensões e altura
S3 – fator estatístico
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• Ação do VENTO - OCEANOGRAFIA
• Ação Direta:
– Causa abrasão nas rochas – desgaste por fricção
– Deflação – transporte das partículas por correntes aéreas
• Ação Indireta:
– Dando origem às ondas e certos tipos de correntes
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• Ação do VENTO - Ação Direta
– Abrasão de rochas 
• pode produzir areia
• Pouco sensível a curto prazo
– Deflação 
• O movimento de partículas causado pelo vento é menor que o causado 
pelos agentes marítimos
– Nos Litorais...
• Formação e deslocamento de dunas de areia
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• Ação do VENTO - Ação Direta
– Nos Litorais...
• Formação e deslocamento de dunas de areia
• São formadas pela retirada de areia do estirâncio, permanentemente 
alimentado pelas ondas. Na maré baixa, as areias secas pelo sol são 
facilmente levadas para beira-mar pelos ventos que sopram para o 
continente
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• Ação do VENTO - Ação Direta
– Nos Litorais...
• Velocidade de movimentação das dunas depende da velocidade do vento e 
da granulometria da areia.
• Podem atingir dezenas de metros de altura e caminhar centenas de metros 
por mês
• Podem causar problemas...
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• VENTO e operação Portuária
– Equipamentos Portuários:
• Equipamentos de carga e descarga geralmente não podem operar se a 
velocidade do vento for superior a 25 km/h
• Sob fortes tempestades, não é recomendável que as embarcações 
permaneçam no cai.
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• Ação do VENTO - OCEANOGRAFIA
• Ação Indireta:
– Dando origem às ONDAS e certos tipos de correntes
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ONDAS
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• ONDAS
• Geralmente formadas pela ação do vento
• Transferência direta de energia cinética da atmosfera para a superfície 
oceânica
• Ao se mover sobre um corpo d'água, o vento exerce uma força tangencial 
sobre a superfície da água, provocando pequenas ondulações.
• Essas ondulações, por sua vez, alteram as condições de pressão do ar junto 
a superfície da água, fazendo com que essa superfície se ondule ainda mais. 
• Se o vento persiste, o processo continua, produzindo ondas cada vez 
maiores.
• Quanto maior a velocidade do vento, a sua duração e a extensão da área 
sob a influência eólica, maiores serão as ondas
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• ONDAS
• Tipos de Ondas
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• ONDAS
• Tipos de Ondas
– Ondas Capilares:
Suas origens são as forças capilares decorrentes da tensão superficial, provocadas pelos ventos. 
Têm comprimentos de alguns centímetros e se propagam com velocidades de até 20 cm/seg, 
sendo percebidas apenas como cintilamentos na superfície do mar.
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• ONDAS
• Tipos de Ondas
– Ondas de gravidade:
São influenciadas predominantemente pela gravidade, independendo das outras forças externas, 
quando fora das zonas de ação dos ventos. Têm períodos de 1 a 20 segundos, com amplitudes de 
1 a 5 metros e comprimentos de 100 a 200 metros (na costa brasileira). São também geradas pela 
ação do vento na superfície do mar (na região onde o vento atua, as ondas são denominadas 
VAGAS).
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• ONDAS
• Tipos de Ondas
– Seixes:
São ondas de pequenas amplitudes e períodos de 5 a 30 minutos, observadas em enseadas e 
portos, fora da ação direta das ondas de gravidade. Sua origem é a ressonância entre a freqüência
de oscilação normal das ondas e o período próprio da bacia. Provocam grandes deslocamentos 
horizontais de massa líquida.
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• ONDAS
• Tipos de Ondas
– Tsunami
São ondas solitárias, com amplitudes que podem atingir de 35 a 45 metros, em períodos de 15 a 
60 minutos. Podem causar verdadeiras devastações, mesmo a milhares de metros do epicentro do 
abalo sísmico que as provocou.
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• ONDAS
• Tipos de Ondas
– Onda de Maré
O período destas ondas está ligado ao tempo de rotação da Terra e aos seus movimentos em 
relação ao Sol e a Lua, ou seja, sua origem é regida por fenômenos astronômicos.
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• ONDAS
• Importância
• É muito importante, no projeto de obras marítimas, o perfeito conhecimento da ação das 
ondas, tanto pela sua ação direta, como pela indireta, na formação de correntes especiais e no 
transporte de material sólido ao longo da costa 
• O movimento das ondas é difícil de ser estabelecido, tanto teórica, como praticamente. Os 
estudos matemáticos sobre as ondas são extremamente complicados, afastando-se, na maioria 
dos casos, das situações reais. 
• Atualmente são desenvolvidos modelos reduzidos nos laboratórios de Hidráulica, para 
avaliação dos efeitos das ondas sobre as obras a serem realizadas. Entretanto, mesmo nesses 
casos, é necessário o conhecimento das características de geração destas ondas, para que seja 
possível reproduzi-las de maneira satisfatória.
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• ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS DA ONDAS
• AMPLITUDE DA ONDA (2H) - Altura que vai da crista da onda ao fundo do cavado 
consecutivo;
• COMPRIMENTO DA ONDA(2L) - Distância entre dois pontos consecutivos em igualdade 
de fase (crista a crista, por exemplo);
• PERÍODO DA ONDA (2T) - Tempo de passagem, pelo mesmo lugar, de dois pontos 
consecutivos em igualdade de fase;
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• ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS DA ONDAS
• PROFUNDIDADE DA ÁGUA (h) - Contada a partir do nível médio em movimento;
• CRISTA - Ponto mais alto atingido pelo nível d'água na passagem da onda;
• FUNDO - Ponto mais baixo atingido pelo nível d'água na passagem da onda;
• INTUMESCÊNCIA - Parte da onda, acima do nível médio em movimento;
• CAVADO - Espaço vazio, não ocupado pela água, abaixo do nível médio em movimento.
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• CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS
• TRANSLAÇÃO
– Não são periódicas
– As velocidade e componente horizontal do movimento são constantes da superfície ao 
fundo (se observados ao longo de uma vertical - é o caso das marés fluviais)
• OSCILAÇÃO
– PROGRESSIVAS, a velocidade e o componente horizontal do movimento vão 
diminuindo à medida que se afastam da superfície (são as observadas em alto-mar, 
provocadas pelo vento). 
– ESTACIONÁRIAS são criadas pela reflexão total de uma onda progressiva, devido a 
existência de um obstáculo vertical paralelo à frente da onda (são chamadas CLAPOTIS).
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• CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS
Nas ondas de oscilação, para efeito de dimensionamento de obras marítimas, é 
fundamental o conhecimento dos fundamentos da teoria clássica elaborada por 
GERSTNER, em 1804, constituída de leis válidas para profundidades teoricamente 
indefinidas, ou seja, alto-mar:
A superfície da onda é gerada por uma partícula que se desloca com movimento 
angular constante, solidária a um círculo que gira sem escorregar sobre um plano 
horizontal, acima do nível de repouso da água, traçando neste deslocamento uma curva 
denominada TROCÓIDE. O diâmetro do círculo mencionado corresponde a altura da 
onda. Um outro círculo, concêntrico com o primeiro, embora com maior raio, possui 
circunferência de tamanho igual ao comprimento da onda. 
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• CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS
Teoria de GERSTNER (1804)
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• Teoria de GERSTNER (1804)
Nessa teoria, cada partícula gira em um plano vertical, ao redor de um eixo horizontal, o 
que pode ser comprovado por objetos que executam movimentos de sobe-desce em 
águas profundas, e não de translação. A onda é produzida por um movimento circular 
das moléculas d'água, que descrevem círculos cada vez menores, progressivamente e a 
medida que a profundidade cresce, até cessar, a uma profundidade L/2.
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• Teoria de RANKINE
• Quando as ondas de profundidade do alto-mar se aproximam da zona litorânea, 
sofrem alterações. 
• Junto à costa, devido à influência do fundo, as ondas têm o movimento de oscilação
transformado em movimento de translação, o que faz com passem a exercer 
grandes esforços sobre as obras costeiras:
• RANKINE estudou as ondas em profundidade limitada (finita) e demonstrou que as 
órbitas das moléculas são elípticas e não circulares. Se achatam, quando a 
profundidade decresce, até o limite (praia), onde a elipse se reduz a uma reta 
(movimento de vaivém). 
• Os sedimentos do fundo do mar se movem para frente e para trás, absorvendo 
energia da água em movimento e reduzindo a velocidade das ondas pelo atrito com o 
fundo.
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• Teoria de RANKINE
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• Consideração em projeto
– Difícil obtenção da “onda máxima”
– Onda Significativa:
• definida com a média das alturas das ondas que compõem a terça 
parte com as maiores alturas de uma amostra obtida em um 
período de tempo pré-determinado.
• Onda máxima = 1,87 x Onda Significativa.
– Obras importantes (plataforma de cais e quebra-mares) devem 
impedir totalmente a transposição de água
• Utiliza-se onda máxima, obtida a partir de registros de pelo 
menos 1 ano.
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• CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS
• OSCILAÇÃO
– ESTACIONÁRIAS ou CLAPOTIS
Surge pela reflexão de uma onda progressiva, ao incidir sobre um obstáculo 
perpendicular à direção da mesma, gerando um segundo sistema de ondas
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• CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS
• OSCILAÇÃO
– ESTACIONÁRIAS ou CLAPOTIS
Surge pela reflexão de uma onda progressiva, ao incidir sobre um obstáculo 
perpendicular à direção da mesma, gerando um segundo sistema de ondas (se o 
obstáculo estiver inclinado, o sistema resultante constituirá um GAUFRAGE)
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• Consideração em projeto - Reflexão
– Fenômeno importante no projeto de quebra-mares de 
parede vertical
– Importante também para a navegação, devido aos 
grandes valores das amplitudes das ondas resultantes 
da superposição de ondas incidentes e refletidas
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• Deformação de ondas
– Refração:
• Causada pela variação de profundidade
• Uma determinada frente de onda que se encontra, em um dado 
instante, em profundidades diferentes, terá, no instante seguinte, 
uma celeridade menor nas profundidades menores e maior nas 
profundidades maiores.
• A velocidade das ondas diminui em águas rasas. Se a onda se 
aproxima obliquamente em relação à costa, a parte mais próxima 
do litoral perde velocidade e a onda tende a ficar paralela à costa, 
devido à refração.
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• Deformação de ondas
– Refração:
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• Deformação de ondas
– Difração:
• Causada por obstáculos
• É a penetração da onda atrás dos obstáculos, mesmo 
quando não há variação de profundidade. 
• É importante no projeto de portos, pois provoca agitação 
nos recintos abrigados por quebra-mares
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