Navegação e Morfologia Fluvial

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Obras Hidráulicas 
 
Aula 1 – Boas vindas e apresentação. 
Navegação e Morfologia Fluvial. 
 
Ementa 
 
 
Obras Hidráulicas 
- Obras Fluviais; 
 
- Projeto e implantação de grandes canais de drenagem; 
 
- Implantação de Barragens e seu impacto ambiental; 
 
- Projeto dos componentes de uma Barragem; 
 
- Detalhamento das obras civis de Usinas Hidrelétricas; 
 
- Dimensionamento hidráulico de suas principais estruturas típicas. 
 
Bibliografia 
 
 
Obras Hidráulicas 
 Básica: 
- ALFREDINI, P.: Obras e Gestão de Portos e Costas: A técnica aliada 
ao enfoque logístico e Ambiental. 2005. 
- CRUZ, P.T.100 Barragens Brasileiras. São Paulo: Oficina de textos. 
680p. 1998. 
 
 Complementar: 
- FELICIDADE, Norma; MARTINS, Rodrigo Constante; LEME, 
Alessandro André. Uso e gestão dos recursos hídricos no Brasil, vol 
1-2, 2 ed., São Paulo: Rima, 2006. 
 
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A água é essencial à vida. Por isso, a origem de todas as civilizações 
está intimamente ligada aos cursos d’água (egípcios, caldeus, persas, 
assírios, maias, etc). Além de mitigar a sede, o rio era o agente 
fertilizador das várzeas onde primeiro surgiu a agricultura, fator que 
fixou o caçador nômade e deu origem às civilizações. 
 
A navegação fluvial é o meio de transporte mais antigo, seguramente 
anterior à tração animal por terra. Tal fato decorre da simplicidade em 
deixar a corrente natural carregar algum tipo de flutuante com a carga 
a transportar o que, além do esforço mínimo, em absolutamente nada 
agride o meio ambiente. 
 
Outros meios de transporte, como a tração animal, exigiram a execução 
de trilhas e caminhos que agrediam o ambiente físico, expondo o solo à 
erosão. 
 
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Obras Hidráulicas 
No início da Revolução Industrial, a navegação interior e a marítima 
mostraram-se como a melhor forma de atender à demanda crescente 
de transporte de cargas, passando a ter grande significado econômico. 
 
Data desta época a construção das grandes redes de canais artificiais, 
construídas como complemento às vias naturais que nem sempre 
atingiam as origens ou os destinos necessários. 
 
Em 1830, com o surgimento das estradas de ferro, a navegação interior 
perdeu sua posição de líder absoluta, mas continuou ainda a ser muito 
utilizada em todos os países. A principal vantagem da ferrovia sobre as 
hidrovias era a de atingir locais inacessíveis às embarcações. 
 
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A partir do final do século passado houve um declínio ainda maior do 
transporte hidroviário que coincidiu com o máximo desenvolvimento 
das redes ferroviárias. Esse declínio se acentuou mais com o 
aparecimento do transporte rodoviário, cuja grande vantagem era o 
transporte “porta-a-porta”. 
 
Entretanto, principalmente nas regiões onde correm os grandes rios 
(Reno, Danúbio, Mississipi, Ohio), o declínio foi muito curto ou nem 
chegou a ocorrer por ter sido logo percebida a vantagem econômica do 
transporte por flutuação, quando é possível a utilização de grandes 
embarcações, percorrendo grandes distâncias. 
 
Durante a I Grande Guerra Mundial, a navegação interior voltou a 
firmar-se e, hoje, tem importância fundamental nos países 
desenvolvidos, integrado aos outros meios de transportes através de 
terminais intermodais. 
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Para que a navegação interior se torne possível e vantajosa, é necessária 
a integração das obras hidráulicas necessárias, de forma a possibilitar o 
aproveitamento múltiplo dos cursos d’água (geração de energia, 
abastecimento, irrigação, recreação, etc.). 
 
Em relação ao meio ambiente, o que talvez privilegie a navegação 
como meio de transporte, face aos outros modos terrestres, é que a 
navegação em corrente livre não secciona qualquer ecossistema, uma 
vez que os rios ou lagos fazem parte de ecossistemas mais amplos e, 
quanto a ecossistemas menores, as transições margem/água ocorrem 
com a perfeição alcançada pela Natureza numa escala de tempo 
milenar. 
 
 
 
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Considerando as rodovias e ferrovias, nota-se que as suas inserções 
artificiais seccionam efetivamente os ecossistemas, impondo novas 
condições aos hábitos naturais, alteram a evolução dos sedimentos, das 
vazões, etc. 
 
Mesmo quando se consideram os terminais de transbordo de cargas, a 
navegação fluvial apresenta características favoráveis ao meio 
ambiente físico, a de ser mais apropriada economicamente, quanto 
maior o espaçamento entre os terminais. 
 
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Ao lado das incontestáveis qualidades de pouca interferência 
ambiental, nos dias atuais deve-se considerar um fator de suma 
importância, quando cargas com enorme potencial poluidor são 
transportadas: dadas as propriedades do meio líquido, um acidente 
hidroviário produz danos rápidos e profundos no meio aquático, 
biótico, físico e mesmo sócio-econômico da região. 
 
Como em outros setores da atividade humana, o crescimento da 
atividade é responsável pela progressão da sua interferência no meio 
ambiente. Hoje, em alguns pontos de congestionamento hidroviário 
registram-se, no ar, quantidades impróprias de óxidos de nitrogênio e 
de enxofre oriundas do deslocamento de embarcações (áreas de intenso 
movimento fluvio-marítimo de várias cidades européias). 
 
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Mesmo com esse cenário, muitos governos europeus têm proposto, 
como melhor solução para estancar o aumento da poluição do ar, 
privilegiar a distribuição de cargas por hidrovias, uma vez que esse 
modal pode absorver tranqüilamente novas tecnologias antipoluentes 
como, por exemplo, o uso direto de óleo pesado como combustível e a 
adoção de catalisadores na emissão de gases. 
 
Além disso, o menor gasto de combustível por tonelada/quilômetro é o 
feito pela navegação. Segundo o “Green Paper”da E. U. 
Comission/1992 – “On the Impact of Transport on the Environment”, a 
energia específica despendida pelo modo hidroviário é da ordem de 
0,6 MJ (megajoules) por tonelada/quilômetro, enquanto que, em 
condições similares, a ferrovia despende de 0,6 a 1,0 MJ e, os 
caminhões pesados, de 0,96 a 2,22 MJ. 
 
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Outros impactos ambientais provocados pelo aumento da navegação 
fluvial podem ser citados: 
 
- a regularização e o aumento da profundidade dos leitos naturais; 
 
- dragagens, derrocamentos, cortes de meandros e outras obras 
localizadas, cuja evolução futura é de difícil previsão; 
 
- dragagem de materiais poluentes ou potencialmente contaminantes 
e, principalmente, seus destinos; 
 
- degradação da qualidade da água nos terminais fluviais de 
movimento muito intenso. 
 
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No entanto, a navegação interior interfere muito menos no ambiente 
aquático do que alguns outros usos da água como, por exemplo, o uso 
para geração elétrica. Não exigindo calado superior a alguns poucos 
metros (2,5 m. no Tietê; 3,5 m. no Paraná; 2,94 m. tornando-se padrão 
nos EUA), não necessita de grandes reservatórios; apenas pequenos 
barramentos que na prática podem ser considerados móveis, pois 
desaparecem na época das cheias, exercendo a função de manter uma 
profundidade mínima a montante, durante os períodos de estiagem. 
Este tipo de interferência produz pequenos alagamentos, em geral de 
áreas naturalmente sujeitas a inundações periódicas anuais. Dessa 
forma, salvo raras exceções, nos aproveitamentos específicos para 
navegação, não se tem preocupações com o reassentamento de 
populações, perda de sítios arqueológicos,perda de patrimônios 
históricos ou perda de terras agrícolas férteis. 
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Deve-se destacar, ainda, como características da pouca interferência 
das hidrovias no meio ambiente: 
 
- os barramentos, sendo de baixa altura, permitem livre passagem de 
peixes migratórios pelos próprios vertedores; 
 
- a pequena profundidade dos reservatórios formados praticamente 
apenas durante as estiagens, não impede nem onera o 
aproveitamento de outros recursos naturais como, por exemplo, a 
extração de areia e de argila; 
 
- as barragens, dada suas características de mobilidade, pouco 
alteram o transporte de sedimentos. 
 
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Morfologia Fluvial - entende-se por morfologia fluvial o estudo da 
conformação do leito dos cursos d’água, sua evolução e estabilização. 
 
Os rios evoluem livremente nos depósitos sedimentares por eles 
mesmos transportados; agem permanentemente sobre seus leitos, 
erodindo, transportando e depositando sedimentos em busca de um 
perfil longitudinal de equilíbrio. 
 
Sua tendência natural é erodir a montante e depositar a jusante, 
fazendo uma perfeita seleção granulométrica dos sedimentos. Pode-se 
observar, em qualquer rio, que seu material apresenta dimensões 
decrescentes de montante para jusante. 
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Nesse processo evolutivo, que envolve toda a bacia hidrográfica, 
grande quantidade de material sólido é levado para os corpos d’água 
receptores: outros rios, lagos e oceanos. Assim, o transporte de 
sedimentos deve ser considerado em todos os projetos de obras 
hidráulicas, tais como: 
 
1) estabilidade de leito de rios e canais não revestidos, tendo em vista 
sua conservação e navegação; 
2) previsão de assoreamento em reservatórios; 
3) nas tomadas d’água para diversas finalidades; 
4) nos projetos portuários, principalmente em portos marítimos; 
5) nas obras de melhoramento das desembocaduras dos rios, visando 
navegação, e na proteção de costas. 
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O rompimento do equilíbrio de um rio, que foi alcançado 
vagarosamente ao longo de séculos, pode ocorrer de várias formas. Por 
exemplo, pela modificação de alguma característica da bacia ou por 
uma intervenção direta no rio, tais como: 
 
1) uma alteração no recobrimento vegetal da bacia, pela substituição 
de cobertura de florestas por pastagens, aumenta substancialmente 
a quantidade de sedimentos que aportam aos rios; 
 
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2) construção de barragem. A construção da Barragem de Assua, no Rio 
Nilo, no Egito, teve as seguintes conseqüências: 
 
- retenção dos sedimentos e do húmus, que fertilizava o delta do 
Nilo, no reservatório; 
- erosão no leito, a jusante, com conseqüente aprofundamento; 
- regularização das vazões; 
- eliminação das inundações; 
- surgimento de doenças endêmicas nas populações ribeirinhas à 
represa; 
- redução do volume de pesca na região do delta pela diminuição da 
fertilidade das águas; 
- erosão na região do delta devido à diminuição do aporte de 
sedimentos pelo rio. 
 
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3) Retirada de areia. O exemplo mais próximo é o do Rio Paraíba do 
Sul. A retificação do canal e a retirada constante de areia ocasionou 
aumento da velocidade e, em conseqüência, maior capacidade de 
transporte, o que resulta em aprofundamento do leito do rio. 
 
Estes fatores fazem com que o rio não consiga chegar a um novo perfil 
de equilíbrio, ocasionando os seguintes problemas: 
 
- rebaixamento da linha d’água, inutilizando tomadas d’água de 
várias cidades ao longo do rio; 
- comprometimento das estruturas das pontes; 
- rebaixamento do lençol freático, com conseqüências para a 
agricultura. 
 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
A evolução de um rio apresenta três fases distintas: 
 
a) formação; 
b) modelação; 
c) estabilidade. 
 
A formação dos cursos d’água ocorre a partir do escoamento das águas 
pluviais para as linhas de maior declividade, os talvegues. 
Predominam, nessa fase, a erosão e a abrasão, com aprofundamento da 
seção, ocorrendo assoreamento nas partes baixas. É o início do curso 
d’água e a definição de sua bacia hidrográfica. 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
A modelação é a fase mais longa e mais importante da evolução de um 
rio. É o encontro dos efeitos e das tendências: 
 
d) a capacidade de erosão e transporte da água, e 
e) a resistência do solo do leito à desagregação. 
 
A modelação termina quando o rio atinge o equilíbrio. Da modelação 
surgem os níveis de base, que fixam as características do rio para 
montante. 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
Os níveis de base são singularidades que impedem a livre evolução 
dos rios. Podem ser fixos como, por exemplo, afloramentos rochosos, 
ou móveis (mar, lagos, rios etc.). Eles podem desaparecer, se modificar 
ao longo do tempo ou serem substituídos por outros, dentro do 
processo de evolução natural. 
 
 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
A estabilidade é alcançada quando se atinge o equilíbrio final. Deve-se 
frisar que este equilíbrio é dinâmico. O rio pode apresentar mudanças 
sazonais ou pluri-anuais mas volta sempre a suas posições iniciais. 
 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA 
 
Pode-se classificar os rios em duas categorias essenciais: 
 
a) Torrentes - aqueles onde o processo de modelação (evolução) se 
apresenta ainda com relativa intensidade. É o caso dos rios de 
montanha, com grande poder erosivo. 
 
b) Rios - aqueles onde o processo evolutivo se desenvolve muito 
lentamente. 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA 
 
Em linhas gerais, um rio pode ser dividido em três trechos: 
 
1) trecho de montanha, com declividades altas, grande velocidade e 
poder de erosão, onde o processo evolutivo acontece com intensidade; 
 
2) trecho aluvional ou trecho intermediário, onde as velocidades de 
escoamento, o transporte de sedimentos e a declividade são menores, 
comparadas ao primeiro trecho; 
 
3) trecho de planície, onde se tem declividade e velocidade de 
escoamento muito baixas. Chegam nesse trecho apenas os sedimentos 
mais finos e o rio corta seu caminho através da planície construída por 
ele próprio. 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
EVOLUÇÃO RETRÓGRADA DOS TALVEGUES 
 
Como já citado, os cursos d’água têm maior erosão no trecho de 
montante, onde há maior declividade. Consequentemente, o talvegue 
tende avançar para montante ocorrendo o recuo do divisor de águas 
entre bacias, podendo mesmo chegar a acontecer o fenômeno da 
captura fluvial: a captura de um rio de uma bacia mais alta por outro 
de bacia mais baixa. 
 
Este fenômeno é comprovado geologicamente, tendo-se um exemplo 
aqui perto: os Rios Paraibuna e Paraitinga, formadores do Rio Paraíba 
do Sul, originalmenteeram formadores do Rio Tietê. 
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FORMAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA NATURAIS 
 
EVOLUÇÃO RETRÓGRADA DOS TALVEGUES 
 
Na divisa do Chile e Argentina, na Cordilheira dos Andes, uma 
formação geológica recente, onde os processos de erosão e deposição se 
realizam com grande velocidade, o fenômeno da captura fluvial é 
bastante frequente, gerando conflitos de fronteira entre esses vizinhos.