Apostila Portos e vias navegáveis 3

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CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
 
DISCIPLINA: PORTOS E VIAS NAVEGÁVEIS 
AULA - 03 
 
 
 
 
 
 
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DIMENSIONAMENTO DE DEFENSAS PORTUÁRIAS SEGUNDO 
CRITÉRIO DA NBR 9782:1987 
 
1–Introdução 
Existem diversos tipos de construção de Cais de Acostagem. O tipo de 
construção terá de ser adequado às características dos navios que vai receber. A sua 
estrutura pode, em função do tipo de construção, ser mais ou menos resistente. 
É absolutamente necessário que o cais de acostagem possa resistir às 
forças de reação originadas pelo impacto dos navios para a qual foi projetado. Os cais 
de acostagem, de baixa profundidade são, geralmente, constituídos por estruturas 
robustas, obtidas com blocos de granito, blocos de concreto ou construções em caixão 
de concreto armado, posteriormente cheias com areia, cascalho ou mesmo concreto. 
Este tipo de estruturas é muito robusta. 
Locais de águas muito profundas, mas não superiores a 50 m, são, 
sobretudo utilizadas estruturas constituídas por estacas em concreto ou plataformas 
suspensas. Este tipo de estruturas é, necessariamente, mais crítica, relativamente às 
cargas que suporta. 
 
2 – Tipos de Estruturas de Acostagem 
 
2.1 – Cais de acostagem de estrutura fechada – cais de gravidade 
Este tipo de estrutura é de excelente resistência aos impactos de acostagem 
das embarcações e sofrem com mais intensidade os efeitos da massa de água 
deslocada pelas embarcações, principalmente em águas pouco profundas, conforme 
exemplo da Figura 01. 
Os equipamentos de apoio à acostagem e amarração são colocados na 
superestrutura, logo o dimensionamento deste tipo de estrutura portuária tem de contar 
com os casos mais desfavoráveis de acostagem e de amarração. Este 
dimensionamento terá também de contar com as juntas de dilatação da superestrutura, 
pelo que normalmente o projeto é feito contanto com as ações definidas entre juntas do 
cais 
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Pode ser de diversos tipos, desde blocos de concreto, caixões de concreto 
armado e aduelas de concreto armado com encaixes (no caso das profundidades serem 
baixas), conforme exemplo da Figura 02. 
 
Figura 01 – Cais de estrutura fechada – cais de gravidade 
 
 
 
Figura 02 – Aduelas com encaixes 
 
Quando se opta por aduelas de concreto armado permite uma grande 
economia nos volumes de concreto, visto que os espaços vazios dentro das aduelas 
são preenchidos com materiais menos dispendiosos, materiais mais finos, sendo os 
mais usuais areia ou brita. 
Este tipo de peça é construída como uma seção de um caixão, que depois 
irá ser solidarizada com outras peças semelhantes, permitindo assim que após esta 
solidarização seja feito o preenchimento das células. Estas peças, por não terem um 
fundo, não flutuam, logo têm de ser colocadas no local da obra através da ajuda de 
guindastes. 
2.2 – Cais de acostagem de estrutura semi-aberta – cais em cortina de estacas-
pranchas 
Esta estrutura tem maior sensibilidade às cargas, sendo mais intenso o 
efeito da massa de água arrastada pelo navio e sua acostagem, principalmente em 
águas menos profundas, conforme exemplo da Figura 03. 
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Os cais de cortinas de estacas-prancha têm como uma das suas principais 
características o fato de serem estruturas leves. Este tipo de cais é construído através 
da cravação de perfis metálicos ou de concreto armado no solo. Estes elementos 
constituem células cilíndricas, cortinas ou caixões. Estas cortinas destinam-se à 
retenção de solos, à acostagem e amarração das embarcações. 
 
 
Figura 03 – Cais de estrutura semi-aberto – cais em cortina de estacas-pranchas 
 
 
Este tipo de estrutura é condicionada em larga escala pela especificidade 
da obra, uma vez que a cravação destes elementos depende da profundidade de 
perfuração no local onde estas vão ser colocadas, assim como das características 
geológicas e geotécnicas dos terrenos de fundação. 
 
2.3 – Cais de acostagem de estrutura aberta – cais com fundação em estacas 
Estruturas extremamente sensíveis a cargas de acostagem, porém os 
efeitos da massa de água deslocada pela embarcação é quase inexistente. Os locais 
para fixação de defensas é mais reduzido e as estacas contribuem para a energia total 
a absorver, conforme exemplo da Figura 04. 
 
Figura 04 – Cais de estrutura aberto – cais com fundação em estacas 
 
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Quando as características do terreno não permitem a colocação de um cais 
fechado ou semi-aberto ou quando este tipo de solução é muito dispendiosa, podem ser 
colocadas estacas como elemento de fundação. 
A colocação de um grande número de estacas permite uma distribuição do 
peso próprio da superestrutura e dos equipamentos de superfície, como por exemplo, 
guindastes. 
Quando é necessário construir um cais em fundos aluvionares (depósitos de 
sedimentos clássicos, como, areia, cascalho ou lama), os elementos maciços poderiam 
sofrer grandes assentamentos com o tempo, logo opta-se pela colocação de estacas. 
A colocação de estacas é feita através da cravação de camisas metálicas, 
como as representadas na Figura 05, onde é colocada a armadura de aço, que 
posteriormente é feita a betonagem e colocação dos elementos que formam a 
superestrutura do cais. 
Uma vez que estas estruturas são de paramento aberto, a água pode 
circular livremente sob a superestrutura, reduzindo o amortecimento ao movimento das 
embarcações durante a acostagem. 
 
Figura 05 – Camisas metálicas 
3 – Localização Geográfica de uma bacia portuária 
A localização da bacia portuária tem uma grande influência na seleção do 
sistema de defensas mais adequado, uma vez que dependem desta os fatores 
ambientais que têm influência direta no dimensionamento de defensas. 
Fatores como a variação do nível das marés, correntes, temperatura da 
água, incidência de ventos e probabilidade de ocorrência de fenómenos naturais como 
tempestades, furacões e tufões podem causar graves problemas à acostagem e 
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amarração das embarcações, sendo por isso necessário definir medidas de proteção 
contra estes fatores. 
Um determinado porto pode também estar mais ou menos exposto a estes 
elementos naturais, fazendo com que as manobras possam ser mais ou menos 
complexas de executar. Os portos podem ser interiores, exteriores ou localizados ao 
largo, e ter proteção natural ou artificial. 
Consideram-se portos interiores os localizados em estuários (braço de mar 
que se forma pela desembocadura de um rio), zonas lagunares (depressão formada 
pela água, localizada na borda litorânea, comunicando-se com o mar através de um 
canal) ou deltas (foz de um rio formada por vários canais ou braços do leito do rio). 
Já os portos exteriores estão localizados diretamente na costa, geralmente 
protegidos através de quebra-mares. 
Quanto à proteção, esta pode ser artificial, que é a mais comum, e é 
executada através de quebra-mares (Figura 06) e guias de corrente, de forma a que o 
interior da bacia portuária esteja protegido dos fenómenos da agitação. 
 
Figura 06 – Execução de quebra-mares 
Pelo contrário os portos com proteção natural não necessitam de 
melhoramentos, uma vez que a agitação não é suficiente para causar problemas às 
manobras no interior da bacia portuária. 
A título de exemplo, o porto de Santos, pode ser considerado um porto 
interior, uma vez que se localiza no estuário de Santos e não necessita de obras de 
proteção. 
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4 – Principais tipos de defensas 
 
Otipo de defensa difere de acordo com o fabricante, tanto na forma como 
na capacidade de absorção de energia. Por outro lado podem-se enumerar alguns tipos 
de defensas que são produzidos por quase todos os fabricantes anteriormente 
mencionados: 
 Defensa cilíndrica; 
 Defensa em arco (Tipo V); 
 Defensa modular (Tipo PI); 
 Defensa de rodas; 
 Defensa cónica; 
 Defensa cilíndrica axial; 
 Defensa pneumática e de espuma. 
As duas últimas são defensas utilizadas preferencialmente em 
transferências entre navios em mar aberto, ou como defensas móveis, utilizadas em 
portos. 
 
4.1 – Defensas Cilíndricas 
As defensas cilíndricas, como as representadas na Figura 07, são fáceis de 
instalar uma vez que não têm de estar totalmente fixas ao paramento do cais, podendo 
estar suspensas por uma corrente. A facilidade de instalação faz com que as defensas 
cilíndricas apresentem grande versatilidade, sendo por isso ideais para a colocação em 
locais de difícil instalação, ou áreas onde não seja possível colocar defensas com 
sistemas de apoio que ocupem muito espaço. 
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Figura 07 – Exemplo de sistema de defensas cilíndricas. 
 
4.2 – Defensas em arco (tipo V) 
As defensas em arco podem ser instaladas com qualquer orientação, como 
se pode verificar observando a Figura 08, sendo mais usualmente utilizadas com o seu 
eixo na vertical. Estas podem ser utilizadas para uma grande variedade de navios, 
sendo especialmente indicadas para embarcações que apresentam uma boa 
capacidade de deformação no casco. 
 
Figura 08 – Exemplo de colocação de sistema de defensas em arco. 
 
4.3 – Defensa Modular (tipo PI) 
As defensas modulares são peças de fácil manutenção e colocação. Podem 
apresentar variadas configurações de instalação. São elementos de alto desempenho, 
uma vez que são constituídos por elementos individuais e são recomendados para 
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espaços limitados de instalação. Na Figura 09 pode ser observado um da possível 
colocação deste tipo de defensas em cais de acostagem. 
 
Figura 09 – Exemplo de defensa modular (tipo PI). 
 
4.4 – Defensa de Rodas 
As defensas de rodas são essencialmente utilizadas não para minimizar as 
reações no cais, mas para conduzir os navios em zonas estreitas, geralmente em 
direção a docas secas ou eclusas. 
Este tipo de defensa apresenta geralmente uma baixa resistência à 
compressão, pelo que a sua principal função não é a de proteção para as ações de 
acostagem, mas devido à sua muito baixa resistência à rotação tem grande utilidade em 
zonas de manobras difíceis. Na Figura 10, pode ser observado este tipo de defensa. 
 
Figura 10 – Exemplo de defensa de roda. 
 
 
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4.5 – Defensa Cônica 
As defensas cónicas, como a do exemplo apresentado na Figura 11, 
apresentam uma grande capacidade de absorção de energia sem uma grande 
transferência de forças às embarcações. 
Este tipo de defensa é de muito elevado desempenho, apresentando uma 
excelente relação energia-deformação, sendo hoje em dia as defensas que apresentam 
a maior capacidade de absorção de energia. A sua forma cónica permite que estes 
equipamentos resistam até elevadas pressões e ângulos de compressão. 
 
Figura 11 – Exemplo de uma defensa cónica. 
 
 
4.6 – Defensa Pneumática e de Espuma 
Este tipo de defensa é utilizado de forma diferente das já mencionadas uma 
vez que funciona em contato direto com a água, funcionando como uma defensa 
flutuante, podendo ser preenchida com ar ou espuma, como está representado na 
Figura 12. 
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Figura 12 – Exemplo de defensa pneumática flutuante. 
 
Vale ressaltar que os tipos mais usuais de defensas são tipo cone, modular 
(PI) e em arco (tipo V). 
5 – Dimensionamento de Defensas 
Um determinado sistema de defensas deve ser projetado de forma a 
distribuir o esforço provocado no casco do navio pela maior área possível. A variação 
da altura das marés e a forma do casco do navio tem influência direta na dimensão do 
painel que assenta na defensa. 
A escolha do sistema de defensas mais apropriado para um determinado 
terminal não tem uma solução única. Para cada porto, existem condições específicas 
que tornam o dimensionamento mais complexo, de acordo com a zona geográfica e 
climática. A influência da ação do vento, variação das marés, características das bacias 
de manobra, profundidade dos canais de navegação e a natureza das estruturas de 
acostagem levam a que exista um grande número de soluções para um determinado 
tipo de problema. 
O sistema de defensas tem também de ser definido de acordo com a função 
de cada cais. No caso de estar em estudo um terminal multiuso a seleção torna-se ainda 
mais complexa uma vez que tem de ser feito um estudo contando com as características 
de diversos tipos de embarcações que irão lá estar atracados. 
O funcionamento das defensas baseia-se na lei de conservação de energia, 
ou seja, a energia cinética da embarcação durante as ações de acostagem é transferida 
ao cais, sendo absorvida pela própria estrutura, pelo casco do navio e pela deformação 
das defensas. 
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Desta forma o estudo deve contemplar várias soluções possíveis, de forma 
a avaliar qual a melhor forma de equipar o cais. Numa primeira abordagem deve ser 
avaliado o tipo principal de embarcações que irão solicitar a estrutura, assim como as 
condições predominantes das manobras. 
O comportamento das defensas deve ser avaliado durante as ações de 
acostagem e de amarração, de forma a entender as cargas estáticas e dinâmicas a que 
as embarcações ficam sujeitas durante estes momentos. Um estudo que deixa de 
contemplar a importância de cada um destes fatores, pode vir a causar danos nas 
embarcações e no cais, que por muitas vezes podem vir a imobilizações de tráfego de 
mercadorias, devido a impossibilidade de utilização das plataformas de carga, a título 
de exemplo, a Figura 13 apresenta uma colisão de uma embarcação no cais. 
 
 
Figura 13 – Grande ruptura no casco após colisão frontal de um navio com o cais de 
acostagem 
5.1 – Esforços devido à atracação 
Os esforços de atracação consistem da ação do impacto das embarcações 
no momento da atracação destes em uma instalação portuária. Os sistemas de 
defensas são os responsáveis por absorver a energia cinética proveniente dos navios e 
embarcações neste momento e transmitir os esforços resultantes à estrutura da obra. 
As defensas são uma parte integrante e de importância preponderante das 
instalações portuárias. Os sistemas de defensas são a primeira fronteira entre um navio 
e a estrutura de acostagem, garantindo a segurança das embarcações que atracam nos 
portos e das estruturas portuárias. 
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As informações básicas para o projeto dos sistemas de defensas de 
instalações portuárias são fornecidas pelo estudo do impacto das embarcações contra 
as estruturas de atracação. 
Ao tocar na estrutura da instalação portuária, a embarcação transmite a ela 
parte da energia cinética de que está animado. O restante desta energia será 
empregada no movimento de rotação da embarcação, em torno do ponto de impacto e 
em dissipações diversas. O objetivo deste estudo é determinar qual parcela da energia 
cinética que é efetivamente transmitida às instalações portuárias. 
Um aspecto importante a se considerar na introdução dos métodos de 
cálculo para a energia de atracação é o modo de atracação do navio na instalação 
portuária. A Figura 14 ilustra os principais modos de atracação praticadosFigura 14 – Ilustração dos principais modos de atracação 
Existem na literatura, algumas referências especializadas para o cálculo dos 
esforços de atracação. Dentre estas literaturas se destacam: 
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- British Standard. BS 6349-4:2014 - Maritime structures — Part 4: Code of practice for 
design of fendering and mooring systems (Reino Unido). 
- Mason, Jayme. Obras portuárias / Jayme Mason. – 2ª ed. – Rio de Janeiro: Campus, 
1982. 
- NBR/ABNT 9782 – Ações em Estruturas Portuárias, marítimas ou fluviais 
- PIANC - Permanent International Association of Navigation Congresses. Guidelines for 
the Design of Fender Systems: 2002. Report of Working Group 33 of the Maritime 
Navigation Commission, 2002. 
- Trelleborg Marine Systems. Section 12 – Fender Design. Catálogo técnico de 
defensas, 2011. 
Neste módulo de aula iremos abordar apenas as considerações expostas 
para o dimensionamento de cálculo de defensas, quanto à norma NBR-ABNT 9782 
Ações em Estruturas Portuárias, marítimas ou fluviais, de forma a ter um conhecimento 
sobre esta temática no contexto brasileiro. 
5.1.1 - Esforços de atracação segundo recomendações da NBR 9782:1987 
Neste item são apresentados a metodologia e parâmetros considerados 
pela NBR 9782:1987 para o cálculo dos esforços de atracação de uma embarcação em 
uma instalação portuária. 
Segundo as prescrições da NBR 9782:1987, a energia cinética 
característica transmitida pela embarcação durante a atracação, e que deve ser 
considerada no dimensionamento das estruturas e defensas, sendo determinada pela 
seguinte expressão: 
𝑬𝒄 =
𝟏
𝟐
(𝑴𝟏 + 𝑴𝟐) × 𝑽𝟐 × 𝑪𝒆 × 𝑪𝒓 
sendo: 
EC = energia característica nominal; 
M1 = massa deslocada pelo navio; 
M2 = massa de água adicional; 
V = velocidade de aproximação no navio perpendicular à linha de atracação; 
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Ce = coeficiente de excentricidade; 
Cr = coeficiente de rigidez. 
5.1.1.1 - Massa deslocada pelo navio (M1) 
A massa M1 depende do tipo de instalação portuária. Nas instalações de 
descarregamento das embarcações, a massa (M1) a ser considerada é a máxima que a 
embarcação pode deslocar. 
Nas instalações em que ocorrerá exclusivamente carregamento, a massa a 
ser considerada corresponde à situação da embarcação em lastro ou parcialmente 
carregada. Admite-se nesta situação considerar como massa deslocada pela 
embarcação o valor de 90% de M1, ou seja, 0,9 M1, onde M1 é a massa correspondente 
à capacidade de carga total da embarcação (TPB). 
5.1.1.2 Massa deslocada pelo navio (M2) 
A massa M2 corresponde à massa de água que se movimenta em conjunto 
com a embarcação durante a atracação, é a consideração da massa hidrodinâmica pela 
NBR 9782:1987. Pode ser determinada pela expressão a seguir: 
𝑴𝟐 =
𝝅 × 𝑫𝟐
𝟒
× 𝑳 × 𝜸𝒂 
Sendo: 
D = calado da embarcação nas condições da atracação (lastro ou carregado); 
L = comprimento da embarcação; 
 a (gamma) = massa específica da água (água 1.000kg/m3 e água salgada 1.025 kg/m3). 
A norma permite adotar valores diferentes dos calculados pela expressão 
para a massa hidrodinâmica, desde que tenham sido comprovados por testes e/ou 
estudos científicos realizados em laboratório idôneo. 
 
5.1.1.3 – Velocidade de aproximação da embarcação (V) 
De acordo com norma NBR 9782, a velocidade (V) de aproximação das 
embarcações perpendicular à linha de atracação é afetada por uma série de fatores, 
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quais sejam: tamanho das embarcações, condições de abrigo, uso de rebocadores, 
habilidade do piloto e condições meteorológicas. Os valores mínimos a serem adotados 
para o cálculo da energia de atracação característica, segundo a referida norma, são os 
indicados na Tabela01. 
Tabela 01 - Valores mínimos da velocidade de aproximação do navio para 
cálculo da energia de atracação segundo a NBR 9782:1987 (em m/s) 
 
5.1.1.4 – Coeficiente de excentricidade (Ce) 
O coeficiente de excentricidade segundo a NBR 9782:1987 leva em 
consideração a energia dispendida no movimento de rotação do navio, e é determinado 
pela expressão: 
𝑪𝒆 =
𝒓𝟐
𝒍𝟐 + 𝒓𝟐
 
Sendo: 
l = distância entre o ponto de contato e o centro de gravidade do navio, medida 
paralelamente à linha de atracação; 
r = raio de giro do navio (podendo ser considerado como aproximadamente igual a 25% 
do comprimento da embarcação); 
Nesta seção, para efeito de dimensionamento, será estabelecida uma 
adaptação baseada nos conceitos propostos por TRELLEBORG, 2011, sendo: 
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𝒍 = 𝒚𝟐 +
𝑩
𝟐
𝟐
 
Sendo: 
B – boca da embarcação 
Para que a expressão anterior seja utilizada, precisamos obter o valor de y, 
através das seguintes expressões e melhor compreendido na Figura 15: 
𝒙 + 𝒚 = 
𝑳
𝟐
 onde 𝒙 =
𝑳
𝟒
 
sendo: 
L = comprimento da embarcação (m); 
 
Figura 15 – Demonstração das variáveis x e y 
 
5.1.1.5 - Coeficiente de rigidez (Cr) 
O coeficiente de rigidez (Cr) leva em consideração a parcela da energia de 
atracação absorvida pela deformação do costado no navio. Segundo a NBR 9782:1987, 
dependendo da rigidez do sistema de defensas o valor adotado pode variar entre 0,90 
e 0,95. Para efeito de cálculo de dimensionamento neste módulo de aula, adotaremos 
um coeficiente de rigidez de 0,90. 
 
Geralmente considera-se que as embarcações podem embater num ponto 
singular, ou num par de pontos. Este segundo caso é o mais comum, e irá ser o caso 
estudado neste módulo de aula. 
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O impacto das embarcações acontece geralmente em dois pontos devido às 
grandes dimensões destes e ao ângulo com que estes se aproximam, e apenas em 
casos muito raros embatem em apenas uma defensa. Desta forma a energia do impacto 
é distribuída em duas peças de equipamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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EXERCÍCIO PROPOSTO 
Você com engenheiro civil de uma equipe foram solicitados a dimensionar 
uma determinada defensa portuária a ser instalada em um terminal portuário. A título de 
exemplo, vamos adotar um terminal localizado no porto de Santos-SP. 
O porto de Santos tem uma extensão de cais de 11.910 m, com canais de 
profundidade de projecto entre os 7,3 e os 15 m. Este porto tem uma área útil de 7.9 
milhões de m2, contando com 57 cais de acostagem, dos quais 8 são privados. 
O terminal Tecondi é um terminal de contentores localizado à entrada da 
área de operações do porto, próximo do complexo rodoviário Anchieta-Imigrantes e com 
ligação direta às linhas ferroviárias de apoio ao porto de Santos. A sua localização 
dentro do porto de Santos pode ser observada na Figura16. 
 
Figura 16 – Terminal Tecondi 
 
Tomando por base as especificações do navio porta contêiner abaixo e as 
expressões de cálculo citadas no módulo de aula, dimensione a melhor opção de 
defensas marítimas do tipo cônica, de acordo com o manual Trelleborg Marine Systems 
(anexo). Faça o dimensionamento nas duas situações, com navio carregado e em lastro. 
Navio Porta-Conteiner 
Porte (DWT) Deslocamento (t) Comprimento(m) Boca (m) Calado (m) 
30.000 40.800 206 29,1 10,7 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIIOGRÁFICAS 
 
ALFREDINI, P. Obras e Gestão de Portos e Costas. São Paulo, Edgard Blucher, 2015. 
ANTAQ– Agência Nacional de Transportes Aquaviários, disponível em:< 
http://portal.antaq.gov.br/> 
AZEVEDO NETO. J, M et al. Manual de Hidráulica. São Paulo, Edgard Blucher, 2014. 
BAPTISTA, M.; LARA, M. Fundamentos de engenharia hidráulica. Belo Horizonte: 
UFMG, 2014. 
COMIN, C. Estruturas Portuárias – Distribuição de Esforços na Infraestrutura devido 
à amarração e atracação de embarcações. UFP – Faculdade de Engenharia Civil, 
2015. 
LEAL, M. M. G. G. Dimensionamento de Defensas Marítimas. Faculdade de 
Engenharia, Universidade do Porto. Portugal, 2011. 
MAGALHÃES, P. S. B. Transporte Marítimo: cargas, navios, portos e terminais. São 
Paulo, Aduaneiras, 2011. 
SILVA. J. C. S. Portos e Vias Navegáveis. UNIFIA – Departamento de Engenharia 
Civil, 2013.