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OBRAS PORTUÁRIAS Estas Notas de Aulas sobre Hidráulica Marítima são um extrato dos Capítulos 10 a 20, páginas 423 a 1112 do Livro Engenharia Portuária, Segunda Edição (2018), Editora Edgar Blucher, 1504 páginas de autoria de Paolo Alfredini e Emilia Arasaki. I. ARRANJO GERAL PORTUÁRIO I.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE PORTOS I.1.1 Definição O conceito atual de porto está ligado a: • Abrigo • Profundidade e acessibilidade • Área de retroporto • Acessos terrestres ou aquaviários • Impacto ambiental I.2 OBRAS DE MELHORAMENTO DOS PORTOS Fundamentalmente, as obras de melhoramento dos portos são: externas e internas. As obras externas estão sujeitas às ondas e correntes. As obras internas são implantadas nas áreas abrigadas. I.3 ARRANJO GERAL DAS OBRAS PORTUÁRIAS I.3.1 Obras portuárias encravadas na costa ou estuarinas A concepção de obra encravada na costa (ganha à terra) ou estuarina é muitas vezes adotada em embocaduras marítimas (estuarinas, lagunares ou deltaicas), sendo frequentemente complementada por dragagens, além da implantação de guias-correntes nalguns casos. Também se esquematiza a solução de obra portuária encravada (ganha à terra) com molhes guias-correntes de proteção do canal de acesso. OBRAS PORTUÁRIAS Arranjo geral de obra portuária ou estuarina encravada na costa. Solução encravada na costa com molhes de proteção do canal. OBRAS PORTUÁRIAS I.3.2 Obras portuárias salientes à costa e protegidas por molhes A seguir estão apresentadas esquematicamente duas variantes da concepção de obra saliente à costa protegida por molhes de enrocamento ou blocos especiais. Arranjo geral de obra portuária saliente à costa protegida por molhes. Solução saliente com molhes. OBRAS PORTUÁRIAS I.3.3 Obra portuária ao largo protegida por quebra-mar A solução para um porto ao largo abrigado está esquematizada a seguir, constando de berços de atracação no tardoz de um quebra-mar isolado destacado da costa e longa ponte de ligação ao retroporto. Arranjo geral de obra portuária protegida por quebra-mar isolado. I.4 QUESTÕES FUNDAMENTAIS DO PROJETO DAS OBRAS PORTUÁRIAS O projeto de obras portuárias envolve o conhecimento de várias ciências aplicadas. A Hidráulica Marítima fornece os fundamentos requeridos para estimar a ação hidrodinâmica de ondas e correntes sobre as estruturas de abrigo, acostagem, canais e bacias, bem como referentes ao transporte de sedimentos. A Geotecnia e a Mecânica dos Solos são básicas para o projeto das fundações das obras portuárias e estabilidades de taludes de maciços e aterros. O dimensionamento das estruturas para suportar os esforços estáticos e dinâmicos dos equipamentos e cargas, forças de impacto e amarração dos navios. Conhecimentos gerais de estabilidade dos flutuantes e princípios de segurança da navegação. Características dos equipamentos de movimentação de cargas. I.5 AÇÕES EM ESTRUTURAS PORTUÁRIAS MARÍTIMAS OU FLUVIAIS A Norma Brasileira NBR 9782/1987 (ABNT, 1987) fixa os valores representativos das ações que devem ser consideradas nos projetos de estruturas portuárias marítimas ou fluviais, aplicando-se estes valores às estruturas de abrigo e acostagem, sendo consideradas as ações provenientes de: • Cargas permanentes • Sobrecargas verticais • Cargas móveis OBRAS PORTUÁRIAS • Meio ambiente • Atracação • Amarração • Terreno Nesta abordagem são enfatizadas as ações provindas do meio ambiente decorrentes das ações de correntes, das marés, ondas e ventos. • Correntes O valor da velocidade de corrente a ser adotado é aquele obtido em medições no local de implantação da estrutura portuária, sendo que em estruturas portuárias fluviais o valor mínimo a adotar para a velocidade de fluxo das águas é de 1 m/s. • Marés e níveis d’água Para estruturas portuárias marítimas o valor da altura da maré a ser adotado é aquele obtido em medições no local de implantação da estrutura portuária. Em estruturas portuárias fluviais o nível máximo normal é obtido da curva de permanência de alturas no local. Para estruturas de acostagem o nível adotado corresponde à altura que não seja ultrapassada em 95% do tempo de recorrência considerado igual à expectativa da vida útil da obra. Para estruturas de proteção a percentagem pode ser reduzida para 80%. • Ondas Devem ser obtidas em medições efetuadas nas proximidades da área de implantação da estrutura portuária. O período de recorrência da onda de projeto não pode ser menor do que o da expectativa da vida útil da obra, sendo no mínimo de 50 anos para as obras permanentemente expostas. A altura da onda de projeto a ser adotada no cálculo de estruturas portuárias, de abrigo ou acostagem, situadas fora da zona de arrebentação, não afetadas quanto à sua segurança por eventual galgamento deve ser: • H1, que é a média aritmética das alturas do centésimo superior das maiores ondas, para estruturas rígidas (muros e paredes). • Entre H1 e H10, em que H10 é a média aritmética das alturas do décimo superior das maiores ondas, para estruturas semi-rígidas (sobre estacas) • Hs, que é a média aritmética das alturas do terço superior das ondas, chamada de altura significativa, para estruturas flexíveis de blocos naturais ou artificiais. Estruturas portuárias que sejam prejudicadas pelo citado galgamento e requeiram riscos mínimos devem ser projetadas, por segurança, considerando alturas de onda superiores a H1. • Ventos A velocidade do vento a ser considerada é a velocidade média em 10 minutos, medida no local de implantação da estrutura portuária a uma altura de 10 m. em nenhum caso são admitidas velocidades para o vento menores do que 20 m/s. OBRAS PORTUÁRIAS I.6 OBRAS PORTUÁRIAS INTERNAS – INSTALAÇÕES DE MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE CARGAS I.6.1 INTRODUÇÃO Os sistemas de movimentação de carga e as instalações de armazenamento devem ser projetadas com a maior flexibilidade possível, ressalvadas as situações de terminais nitidamente especializados. Os berços de carga geral requerem uma área imediatamente adjacente às embarcações ao longo de seu comprimento, uma vez que a movimentação horizontal de carga deve ocorrer ao longo do comprimento e perpendicularmente à embarcação, já que as instalações de armazenamento devem estar o mais próximo possível, pois os custos de movimentação horizontal de carga são elevados. Portanto, um berço de carga geral é normalmente uma estrutura continuamente conectada à terra (cais) para atracação, amarração e movimentação de carga. No extremo oposto de arranjo das instalações de movimentação e armazenamento de cargas estão os terminais de granéis líquidos. Nos terminais para embarcações tanque a movimentação de carga ocorre somente pela meia-nau, através do mangote da embarcação, que se conectam aos braços de movimentação de óleo do porto instalados numa reduzida plataforma de operações. O arranjo geral estrutural das obras de acostagem é normalmente em píer, elementos discretos conectados por passarelas de estrutura leve e ponte de acesso. Os tanques de armazenamento não necessitam estar localizados próximo ao berço, pois o transporte por oleoduto submarino ou terrestre não é oneroso. Intermediariamente aos arranjos anteriores estão os terminais para granel sólido (minérios e grãos), em que a movimentação de carga ocorre ao longo de vários porões dispostos ao longo do navio. Assim, torna-se necessária plataforma de operação mais extensa do que nos terminais de granéis líquidos visando cobrir boa parte do comprimento do navio. Granéis sólidos são frequentemente movimentados por sistemas de esteiras transportadoras de movimentação permanente. As instalações de armazenamento devemestar relativamente próximas à embarcação, digamos que até 1 Km. Os requisitos funcionais dos terminais de contêineres recaem em cais semelhantes aos citados para os berços de carga geral. As embarcações roll on/roll off apresentam requisitos de movimentação de carga semelhantes às embarcações de granéis líquidos, dispondo de um ou dois pontos bem definidos de movimentação de carga, requerendo em correspondência rampas. I.6.2 BERÇOS PARA CARGA GERAL I.6.2.1 Cota altimétrica do cais A mínima cota requerida para o nível do cais corresponde a uma combinação de preamar e ação de agitação de ondas, cujo período de retorno deve situar-se bem acima da recorrência anual. Esta diferença de cotas, chamada de borda-livre, pode variar de 1,0 m a 2,5 m, correspondendo normalmente os menores valores a instalações de menor porte (portos pesqueiros, marinas, etc.). Este princípio é válido para todos os outros tipos de terminais. I.6.2.2 Armazenagem coberta de cargas Diversas cargas gerais, como sacarias, caixas e pequenos volumes, exigem cobertura para sua estocagem em galpões tipo industriais. Os acessos do lado do cais devem permitir o acesso livre às empilhadeiras e outros veículos de movimentação de carga. OBRAS PORTUÁRIAS I.6.2.3 Pátios de estocagem Os pátios de estocagem (a céu aberto) são indicados para carga que não sofre dano pelas intempéries e não pode ser facilmente roubada, como veículos, maquinaria encaixotada, madeira, produtos siderúrgicos, bobinas e lingotes de metal, etc.. É importante prover estes pátios de iluminação para permitir as atividades noturnas. I.6.2.4 Exemplo de arranjo geral de carga geral A seguir, ilustram-se instalações portuárias de carga geral. Vista aérea das instalações de movimentação de carga e armazenamento do Porto de Santos (SP). OBRAS PORTUÁRIAS (a) Cota do convés da embarcação em lastro em maré máxima (b) Cota de coroamento do cais (c) Cota de maré máxima (d) Cota do convés da embarcação à plena carga em maré mínima (e) Cota da maré mínima (f) Profundidade do cais em maré mínima (g) Cota da extremidade inferior da estaca (h) Boca máxima prevista (i) Pontal máximo previsto (j) Guindaste de pórtico inteiro bitola igual a 4,50 m (k) Alcance máximo do guindaste igual a 18,00 m (l) Alcance mínimo do guindaste igual a 7,00 m (m) Gabarito do vagão tipo com bitola igual a 1 metro Elevação típica de um cais de carga geral. OBRAS PORTUÁRIAS I.6.3 TERMINAIS DE CONTÊINERES Os terminais de contêineres (TECONs) são, em princípio, instalações de trânsito facilitado na interface entre o transporte aquaviário e terrestre. Os contêineres desembarcados devem continuar o seu percurso até o destinatário logo após sua chegada ao terminal. O processo alfandegário dos contêineres lacrados deve se dar com a autorização do destinatário ou em instalações alfandegadas próximas ao local da entrega. A uniformização e modulação da carga em comprimentos de 20 e 40 pés, com largura de 8 pés, fez com que se adotasse a unidade de tráfego equivalente (TEU) em 20 pés (o contêiner de 40 pés corresponde a 2 TEUs). A seguir, apresentam-se exemplos de terminais de movimentação de contêineres, que empregam portêineres e empilhadeiras especiais. Vista de um TECON incluindo berço para ro/ro (roll on – roll off isto é embarque de veículos). OBRAS PORTUÁRIAS Elevação de berço para contêineres com portêiner. I.6.4 TERMINAIS PARA GRANÉIS LÍQUIDOS O óleo cru, os derivados de petróleo, os gases liquefeitos (natural e de petróleo) e os produtos químicos são transferidos entre as instalações de armazenamento em terra e as embarcações por dutos e mangotes ligados a braços mecânicos articulados. A maioria das cargas líquidas é de movimentação perigosa, muitas são inflamáveis e muitas são tóxicas. Assim, as instalações têm como requisito situarem-se afastadas das demais instalações de armazenagem portuária, devendo ser dotadas de equipamentos e pessoal para combate a incêndio e de isolamento. Arranjo geral típico para berço de granel líquido. OBRAS PORTUÁRIAS A instalação de estocagem típica em terminais para granéis líquidos consiste numa série de tanques cilíndricos de aço (tancagem), seja com coberturas que flutuam no líquido do tanque, ou com coberturas cônicas, visando evitar a contaminação pela chuva, bem como prevenir a evaporação. Os gases liquefeitos exigem tanques especiais com baixas temperaturas e/ou altas pressões em formato esférico. I.6.5 TERMINAIS PARA GRANÉIS SÓLIDOS Uma grande variedade de produtos é transportada por embarcações como granel sólido, podendo estes serem subdivididos em: • Minérios como o ferro. • Carvão. • Grãos comestíveis, como a soja e o trigo. • Outras cargas, como o cimento. Granel sólido é transferido entre o equipamento carregador ou descarregador para a estocagem por esteiras transportadoras. Instalação típica para exportação de minérios. Instalação típica para exportação de grãos. OBRAS PORTUÁRIAS A estocagem usualmente pode ser enquadrada nos seguintes tipos fundamentais: • Pátio de estocagem a céu aberto, normalmente empregado para cargas que não sofrem séria degradação por estarem expostas às intempéries. • Cobertas, normalmente utilizadas para cargas que sofrem degradação quando expostas à chuva. • Silos são utilizados para estocagem de grãos , cimento e outras cargas que devem estar protegidas das intempéries. Silos vertical típico para grãos. Os berços de terminais de importação são tipicamente associados a projetos de usinas termoelétricas, para recebimento de carvão, usinas siderúrgicas, para recebimento de minério de ferro e carvão, pólos petroquímicos e para importação de grãos. Os guindastes dotados de caçambas de mandíbulas são os equipamentos mais comuns para a movimentação de importação de granéis sólidos. O guindaste tomba o material diretamente em área de estocagem no tardoz do cais, ou numa moega que alimenta uma esteira transportadora até a área de estocagem. Os equipamentos pneumáticos (sugadores) são normalmente utilizados para a descarga de grãos, cimento e outros materiais similares. I.6.6 TERMINAIS E ENTREPOSTOS PESQUEIROS Um entreposto de pesca de pequenas dimensões pode ser composto pelas seguintes áreas: Fábrica de gelo (32 m²) Câmara Frigorífica (295 m²) Galpão para preparo de pescado (500 m²) Galpão para venda direta (98 m²) Armazém para venda de víveres e material de pesca (40 m²) Depósito de combustível (24 m²) Instalação de água doce (23 m²) OBRAS PORTUÁRIAS Edifício de fiscalização, controle e apoio à navegação (70 m²) Carreira (rampa) para reparo e retirada de embarcações (525 m²) Oficinas (140 m²) Garagem e estacionamento (288 m²) Área total das instalações 2.035 m² A estrutura do píer pode ser toda de concreto armado apoiado sobre estacas (para não interromper o transporte de sedimentos). A super estrutura é em concreto armado pré-moldado apoiada nos blocos de coroamento das estacas. Convém prever um cais de reparos (carreira) abrigado das ondas. O galpão de triagem, manipulação, embalagem e expedição deve ser uma área que acompanhará longitudinalmente a estrutura do cais de atracação, sendo sua largura recomendável de 30 m, de forma que as operações de lavagem, seleção e triagem, pesagem, inspeção sanitária, embalagem e expedição do pescado, a serem realizadas nesse local, tenham espaço suficiente. Trata-se simplesmente de uma cobertura com três compartimentos em que é feita triagem do pescado, a pesagem e embalagem e a exposição e expedição do produto. Esta área deve abrigar em posição estratégica o laboratório destinadoa analisar as condições sanitárias do pescado. II. DIMENSÕES DE CANAIS E BACIAS PORTUÁRIAS II.1 CANAIS DE ACESSO II.1.1 Aspectos relacionados à profundidade de canais de acesso portuários O valor da profundidade requerida pela embarcação tipo no canal de acesso portuário pode ser considerado, conforme método determinístico, como uma somatória de itens. Considera-se como referência a menor baixa-mar de 19 anos, incluindo efeito meteorológico negativo, pois se apresenta como a situação mais desfavorável de menor lâmina d’água. A embarcação tipo é a de maior calado estático (T), ao qual, simplificadamente devem ser acrescidos os fatores indicados abaixo. OBRAS PORTUÁRIAS Fatores relacionados ao navio e ao tipo de fundo a acrescer ao calado estático (T). II.1.2 Aspectos relacionados à largura de canais de acesso portuários II.1.2.1 Fundamentos A seguir está apresentado o esquema básico dos elementos de um canal de acesso portuário dimensionado para uma embarcação tipo, consistindo do canal propriamente dito e da faixa balizada sinalizada. Elementos do canal de acesso. Os canais de acesso portuários podem ser subdivididos em externos, expostos à ação da agitação ondulatória, e internas, abrigados das ondas. OBRAS PORTUÁRIAS A parcela da largura de um canal de acesso referente à manobrabilidade inerente da embarcação (básica) está apresentada a seguir. Parcela da largura referente à manobrabilidade da embarcação. Vários fatores ambientais agregam-se na definição da largura de um canal de acesso. Em canais de mão dupla deve-se considerar uma largura adicional entre as faixas de manobra. Outra margem de segurança adicional a considerar na largura de um canal de acesso são as folgas com as margens. OBRAS PORTUÁRIAS Elementos da largura do canal de acesso de mão-dupla. II.1.2.2 Metodologia para o cálculo da largura de canais de acesso portuários A metodologia determinística utilizada pode ser a recomendada pela PIANC (Permanent International Association of Navigation Congresses). De um modo geral, os elementos da largura de um canal de acesso de mão dupla podem ser discretizados em fatores que influem na largura requerida e são parametrizados pela boca do navio. Influi em primeiro lugar a qualidade de manobrabilidade do navio, que define a faixa de manobra básica, à qual se adicionam os nove fatores indicados na tabela a seguir. Desta soma resulta a faixa de manobra, à qual é multiplicada por dois nos canais de mão dupla. Às duas faixas de manobras deve-se adicionar duas folgas com as margens e a largura de passagem entre as duas faixas, sendo estas folgas para evitar riscos maiores de colisão com as margens, ou entre navios. Nos trechos em curva deve-se verificar o raio mínimo da curva requerido, conforme tabela a seguir, o qual é parametrizado pelo comprimento total do navio (LOA). OBRAS PORTUÁRIAS Tabela 28 - Larguras Adicionais para Canais com Seção Transversal Reta Largura Velocidade da Embarcação Canal Externo Canal Interno (a) Velocidade da Embarcação Veloz Moderada Lenta 0,1 B 0,0 0,0 0,1 B 0,0 0,0 (b) Ventos Transversais Prevalescentes Fraco Todas 0.0 0.0 Moderado Veloz 0,3 B - Moderada 0,4 B 0,4 B Lenta 0,5 B 0,5 B Severo Veloz 0,6 B - Moderada 0,8 B 0,8 B Lenta 1,0 B 1,0 B c) Correntes Transversais Prevalescentes Negligenciável Todas 0.0 0.0 Fraca Veloz 0,1 B - Moderada 0,2 B 0,1 B Lenta 0,3 B 0,2 B Moderada Veloz 0,5 B - Moderada 0,7 B 0,5 B Lenta 1,0 B 0,8 B Forte Veloz 0,7 B - Moderada 1,0 B - Lenta 1,3 B - d) Correntes Longitudinais Prevalescentes Fraca Todas 0.0 0.0 Moderada Veloz 0.0 - Moderada 0,1 B 0,1 B Lenta 0,2 B 0,2 B Forte Veloz 0,1 B - Moderada 0,2 B 0,2 B Lenta 0,4 B 0,4 B e) Altura Significativa HS e Comprimento de Onda (m) HS 1 e L Todas 0.0 0.0 3 > HS > 1 e = L Veloz 2,0 B - Moderada 1,0 B - Lenta 0,5 B - HS > 3 e > L Veloz 3,0 B - Moderada 2,2 B - Lenta 1,5 B - (f) Auxílios à Navegação excelente com controle de tráfego 0.0 0.0 bom 0,1 B 0,1 B moderado (rara ocorrência pobre visibilidade) 0,2 B 0,2 B moderado (frequente ocorrência pobre visibilidade) 0,5 B 0,5 B (g) Superfície do Fundo do Canal se profundidade 1,5 T 0.0 0.0 se profundidade < 1,5 T e lisa e macia 0,1 B 0,1 B lisa ou taludada e rígida 0,1 B 0,1 B rugosa e dura 0,2 B 0,2 B (h) Profundidade do Canal 1,5 T (interno e externo) 0.0 0.0 1,25 T e l,5 T (externo) 1,15 T e l,5 T (interno) 0,1 B 0,2 B 1,25 T (externo) < 1,15 T (interno) 0,2 B 0,4 B (i) Nível de Periculosidade da Carga Baixa 0.0 0.0 Média 0,5 B 0,4 B Alta 1,0 B 0,8 B OBRAS PORTUÁRIAS Fatores relacionados com as larguras adicionais para canais com seção transversal reta em função de B (boca). Raios de curvatura de canais em função do tipo de embarcação. II.2 BACIAS PORTUÁRIAS II.2.1 Bacias de evolução A localização de uma bacia de evolução para as manobras de atracação e desatracação deve estar protegida de ondas, fortes correntes e ventos, bem como livre de obstruções. A profundidade é calculada de forma semelhante aos canais de acesso, desconsiderando os itens ligados ao movimento da embarcação. sendo a folga sob a quilha de no mínimo 1 m, valor adotado também para os berços de atracação. A dimensão de uma bacia de evolução para manobras sem rebocadores consiste numa área circular cujo diâmetro é 4 vezes o comprimento total (LOA) da embarcação tipo. Com auxílio de rebocadores é de 2 vezes o comprimento da embarcação tipo. OBRAS PORTUÁRIAS II.2.2 Bacias de espera Uma embarcação fundeada numa única âncora necessita dispor de um círculo de raio igual a 6 vezes a profundidade local em baixa-mares de sizígia acrescido do comprimento total do navio e uma folga para eventual movimentação da âncora (da ordem de 5 m). A profundidade é calculada de forma semelhante aos canais de acesso, desconsiderando os itens ligados ao movimento da embarcação. II.2.3 Berço de atracação Recomenda-se, para a bacia do berço de atracação, comprimento de 1,25 LOA e largura de 1,25 B com auxílio de rebocadores e 1,5 LOA e largura de 1,5 B sem auxílio de rebocadores. A profundidade pode ser de até 1,05T, ou no mínimo 1 m. III. OBRAS DE ABRIGO PORTUÁRIAS – DIMENSIONAMENTO/PERFIS TRANSVERSAIS/COTAS III.1 ANTE-PROJETO DE QUEBRA-MAR DE TALUDE III.1.1 Características gerais da seção transversal Constituem-se em maciços com camadas graduadas de blocos, como nos exemplos das figuras a seguir. OBRAS PORTUÁRIAS Seção de um maciço de enrocamento com exposição do lado marítimo com condições de galgamento zero ou moderado. OBRAS PORTUÁRIAS Seção de um maciço de enrocamento para exposição às ondas em ambos os lados (como no cabeço ou extremidade do maciço) com condições de galgamento moderado. • Pesos nas camadas: PA > PI > PN (Armadura, Intermediária e Núcleo) • Armadura (carapaça ou manto) • Suporta a ação direta das ondas. • Blocos de enrocamento ou concreto. • Crista de altura suficiente para minimizar galgamentos • Superestruturas de concreto (conchas defletoras por exemplo)reduzem galgamentos, reduzindo a altura e o volume da crista, permitindo a passagem de veículos e tubulações sobre a crista. • BERMAS • Hidráulicas para prevenção da erosão do pé do maciço e pré-arrebentação das ondas (5 m de comprimento no máximo). • Geotécnicas ou de equilíbrio, visando a estabilidade do maciço. OBRAS PORTUÁRIAS • Flexibilidade estrutural • Admite certa percentagem de dano na armadura com ondas superiores às de projeto. • Manutenção relativamente fácil nos períodos de calmarias após fortes tempestades. • Devem ser evitados danos às camadas de infraestrutura por não serem dimensionadas para resistir à ação direta das ondas. III.1.2 Composição do maciço A composição do maciço é função de aspectos econômicos (custo de transporte e aproveitamento da pedreira) e do ataque das ondas, podendo ser de enrocamento, misto com infraestrutura de enrocamento e armadura com blocos de concreto, ou de blocos de concreto (oneroso para grandes volumes). A composição do maciço depende da exploração econômica da pedreira e dos pesos de blocos para o quebra-mar. Em geral, o peso máximo situa-se em torno de 10 a 15 t para a armadura. Os blocos artificiais de concreto são pré-moldados (somente com armadura para suportar o transporte) e produzidos em canteiros o mais próximo possível da obra. São usados na armadura quando o enrocamento das pedreiras próximas é insuficiente (volume/peso) e os custos de transporte de outras áreas for anti-econômico. Os blocos artificiais de concreto têm custo unitário muito maior do que o enrocamento. Alguns tipos de blocos artificiais de concreto. OBRAS PORTUÁRIAS III.1.3 Equipamentos e métodos construtivos A obtenção dos blocos para as obras pode ser: • Enrocamento: equipamento de pedreira • Blocos de concreto: equipamento de um canteiro de pré-moldados O transporte e colocação dos blocos pode ser efetuado: • Por via flutuante (camadas mais fundas). • Por via seca. III.1.4 Fatores de projeto Os principais fatores considerados para o projeto de quebra-mares de talude são: • Topo-batimetria para o estudo das deformações das ondas (refração, arrebentação, difração e reflexão) e da melhor localização da obra. • Clima de ondas para definir alturas, períodos e rumos das ondas. • Regime de marés para a definição de níveis d'água notáveis. • Regime de correntes para avaliar as características do transporte de sedimentos litorâneo. • Condições de fundação (capacidade de carga do leito) III.1.5 Pré-dimensionamento da armadura O pré-dimensionamento do peso dos blocos de armadura é função de: - H: altura da onda de projeto - s: peso específico dos blocos [2,3/3,2] tf/m3 para enrocamento (2,6 mais comum) [2,4] tf/m3 para concreto (2,4 mais comum) - a: peso específico da água - cotg: [1,3/3,0], com correspondendo ao ângulo do talude - Um coeficiente de estabilidade, que depende de: . onda arrebentando no pé do talude ou não: sem arrebentação → maior K → menor P . percentagem admitida de dano: o critério "sem dano" considera o galgamento do maciço desprezável e de 0 a 5% dos blocos deslocados na tempestade de projeto. . forma de bloco: maior embricamento → maior K → menor P . nº de blocos por camada: maior nº de blocos → maior K → menor P . colocação dos blocos (lançados ou arrumados): arrumados → maior K → menor P .corpo ou cabeço do maciço: no extremo do maciço (cabeço) há maior concentração da energia das ondas → menor K → maior P III.1.6 Pré-dimensionamento da seção transversal A espessura das camadas deve ser no mínimo de dois blocos de espessura. OBRAS PORTUÁRIAS As alturas mínimas recomendáveis para a armadura são função da altura da onda de projeto. As dimensões das camadas intermediárias de filtro e núcleo têm seus volumes proporcionais à distribuição granulométrica oriunda da pedreira. Alturas mínimas recomendáveis para a armadura. IV. OBRAS PORTUÁRIAS INTERNAS – TIPOS DE ESTRUTURAS ACOSTÁVEIS E ACESSÓRIOS IV.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS, CLASSIFICAÇÃO E TIPOS PRINCIPAIS DAS OBRAS ACOSTÁVEIS As obras portuárias de acostagem constituem-se em obras maciças para resistir aos elevados esforços estruturais, não sendo, portanto, recomendáveis estruturas esbeltas. De fato, estão sujeitas aos seguintes esforços basicamente: • Cargas horizontais elevadas devido ao impacto das embarcações e esforços nos cabos de amarração das embarcações atracadas. • Cargas verticais concentradas devido aos equipamentos de movimentação de cargas. • Efeitos de empuxos de terras, que podem ser comparáveis aos demais carregamentos. A adoção da solução de obra acostável mais apropriada vincula-se às condições locais: • Características topobatimétricas • Condições de solo • É de fundamental importância o cálculo dos empuxos de terra e a capacidade de carga do leito de fundação. • Análise de possíveis recalques de estruturas. • Metodologias e custos de dragagem. • Escavações e estaqueamento. • Níveis do mar e agitação ondulatória • Condições climáticas • Corrosividade pelo solo e/ou água do mar OBRAS PORTUÁRIAS As obras de acostagem podem ser em estrutura contínua ou em elementos discretos: • Obras contínuas Nas concepções estruturais de obras contínuas as funções de acesso, suporte de equipamentos, atracação (absorção de choques das embarcações) e amarração das embarcações estão integradas na plataforma principal, podendo ser: • Cais de paramento fechado ou de face vertical: possuem uma cortina frontal que contém o terrapleno no tardoz, correspondendo o esquema da figura à solução estrutural de cais com plataforma de alívio, uma vez que a plataforma alivia a cortina dos empuxos. • Cais de paramento aberto: a área sob a plataforma de operações apresenta um talude a partir do fundo do berço de atracação. Arranjo geral de obra em cais corrido com paramento fechado e aberto. As soluções anteriormente exemplificadas correspondem a cais corridos com uma frente acostável. OBRAS PORTUÁRIAS Arranjo geral das obras de acostagem com dois lados acostáveis. • Obras em estruturas discretas Nesta concepção estrutural os elementos discretos desempenham funções específicas de acostagem: acesso, suporte de equipamentos, atracação e amarração. Estas concepções estruturais são frequentes em grandes terminais de minérios por, em geral, garantirem: • Maior segurança às obras, pois eventuais danos por acidentes ficam circunscritos a determinas estruturas. • São vantajosas por reduzirem a envergadura das obras, desde que o equipamento de movimentação de carga e a separação das funções estruturais o permitam. OBRAS PORTUÁRIAS Arranjo geral das obras de acostagem e carregamento de um terminal para granéis líquidos. OBRAS PORTUÁRIAS Arranjo geral das obras de acostagem e carregamento de um terminal mineraleiro com carregador de quadrante duplo. IV.2 AÇÃO DAS EMBARCAÇÕES NAS OBRAS ACOSTÁVEIS IV.2.1 Considerações gerais No projeto de obras portuárias é fundamental o conhecimento quanto às ações das embarcações sobre as estruturas acostáveis, correspondentes aos esforços transmitidos às estruturas na atracação e na amarração. Na atracação das embarcações o impacto transmite a energia cinética da embarcação à obra transformada em energia potencial de deformação das estruturas e defensas. As forças de amarração, uma vez a embarcação atracada, são oriundas dos ventos, ondas e correntes e transmitidas pelos cabos aos elementos de fixação. IV.2.2 Defensas IV.2.2.1 Caracterização OBRAS PORTUÁRIAS As defensas constituem-se na interface entre as embarcaçõese as estruturas de acostagem para proteger ambas dos esforços de impacto nas atracações. As defensas têm a finalidade de absorver a energia cinética advinda das movimentações das embarcações atracadas e nas operações de atracação e desatracação. Os requisitos de um sistema de defensas são: • Capacidade de absorção da energia transmitida pelas embarcações, mantendo a força na estrutura nos limites capazes de serem suportados. • Não causar danos aos cascos das embarcações. • Impedir o contacto direto dos navios com as partes desprotegidas da obra. • Boa capacidade de absorção de esforços localizados aplicados sobre pequeno número de elementos protetores, principalmente na manobra de atracação. IV.2.2.2 Velocidades recomendadas de atracação As velocidades recomendadas para a atracação são as seguintes: Condições de Vento Condições de aproximação (Proteção da Bacia Portuária) Velocidade normal ao cais (m/s) Forte Difíceis 0,40 Forte Favoráveis 0,30 Moderado Moderadas 0,20 Protegido Difíceis 0,15 Protegido Favoráveis 0,10 Velocidades recomendadas de atracação para grandes navios em função das condições de vento e proteção da bacia. IV.2.2.3 Diagrama Força (Carga) – deslocamento (deformação) As curvas Força (Carga) x deslocamento (deformação) são as características de cada modelo de defensa, sendo que a área sob estas curvas representa a energia (E) absorvida pela defensa. IV.2.2.4 Tipos mais empregados de defensas As defensas elásticas são as mais empregadas e atuam absorvendo a energia cinética das embarcações em energia potencial de deformação elástica. A maior parte destes dispositivos emprega elementos de borracha tratada para resistir à ação da água do mar. O tipo mais simples são os pneus. As defensas celulares consistem em um grande cilindro de borracha solicitado à compressão axial, são muito empregadas. OBRAS PORTUÁRIAS Defensa celular. As defensas do tipo V ou podem ser dispostas ao longo do cais vertical ou horizontalmente, tendo características análogas às defensas cilíndricas. Defensa tipo V ou . OBRAS PORTUÁRIAS Disposição das defensas em paramento corrido. IV.2.3 Cabos de amarração IV.2.3.1 Função e arranjo de amarração A função dos cabos e sistemas de amarração é a de manter a embarcação atracada com segurança no berço, de forma a permitir uma operação de movimentação de carga dentro dos limites operacionais toleráveis. IV.2.3.2 Recomendações e funcionamento das amarrações As seguintes recomendações sobre o funcionamento das amarrações devem ser sempre consideradas: • Plano de amarração deve ser o mais simétrico possível com relação à meia-nau, a nível de geometria (horizontal e vertical), de material dos cabos, de bitola e pré-tensionamento pelos guinchos do navio. • Todos os cabos das linhas que desempenham mesmas funções devem ter as mesmas características a nível de geometria (horizontal e vertical), de material dos cabos, de bitola e pré-tensionamento pelos guinchos do navio. OBRAS PORTUÁRIAS • A capacidade de restrição ao movimento transversal ou longitudinal é afetada pelo ângulo vertical do cabo com relação ao plano do cais e pelo ângulo horizontal formado pelo mesmo com relação à linha de atracação de contacto do costado do navio com as defensas: IV.2.3.3 Materiais e constituição dos cabos Os materiais que são utilizados na fabricação dos cordões trançados de cabos de amarração de embarcações são: • Fibras sintéticas De um modo geral são as de mais fácil manuseio, por serem em geral mais leves e as fibras mais utilizadas são o poliester, nylon (poliamida) e polipropileno. • Arames de aço Constituem-se nos cabos mais rígidos, constituídos por arames de aço trançados e enrolados sobre um núcleo metálico ou de fibras. IV.2.3.4 Características São as seguintes as características principais dos cabos de amarração: • Elasticidade Tendência do cabo retornar ao comprimento original com a remoção do esforço solicitante. • Extensibilidade É a elongação do cabo em resposta à solicitação. É representada pela curva carga (ou tensão) x elongação (ou deformação). • Rigidez É o quociente entre a carga aplicada e a elongação no cabo. • Carga de ruptura Corresponde à máxima carga em que o cabo se comporta de acordo com a elasticidade linear (Lei de Hooke), e a partir da qual o material escoa, introduzindo deformação permanente no cabo. • Carga máxima de trabalho Usualmente considera-se 55% da carga de ruptura. OBRAS PORTUÁRIAS IV.2.4 Equipamento de amarração baseado em terra IV.2.4.1 Cabeços de amarração e ganchos de desengate rápido A fixação das linhas de amarração no cais pode-se dar por cabeços ou ganchos de desengate rápido. Tipos de cabeços de amarração de cais. O arranjo com ganchos de desengate rápido é muito utilizadas em terminais portuários de grande porte. Conjunto de ganchos de desengate rápido e cabrestante. OBRAS PORTUÁRIAS IV.3 ELEMENTOS BÁSICOS NO PROJETO ESTRUTURAL DAS OBRAS DE ACOSTAGEM IV.3.1 Considerações gerais As dimensões das obras de acostagem são fundamentalmente: • Lâmina d’água • Altura da estrutura • Comprimento do berço • Largura da plataforma de operações Os esforços solicitantes sobre as obras de acostagem são fundamentalmente devidos a: • Movimentação de cargas e passageiros • Equipamentos de movimentação de cargas • Edificações portuárias • Impacto de atracações das embarcações • Amarração dos navios • Empuxos de terra e hidrostáticos • Ação de ventos, ondas e correntes IV.3.2 Classificação do tipo estrutural IV.3.2.1 Classificação A seguir é apresentada uma classificação do tipo estrutural de obra de acostagem, estando subdivididas em paramento fechado (vertical) fechado ou aberto. A solução estrutural de paramento fechado pode ser subdividida em cais de gravidade e cais em cortinas de estacas prancha. OBRAS PORTUÁRIAS Tipos de estruturas de acostagem. OBRAS PORTUÁRIAS V. OBRAS DE DEFESA DOS LITORAIS – TIPOS DE OBRAS V.1 INTRODUÇÃO V.1.1 Erosão costeira A erosão costeira é o conjunto de processos em que é removido mais material da praia de quanto suprido, devido à quebra do equilíbrio dinâmico original, sendo um dos principais problemas mundiais do ponto de vista da preservação do solo V.1.2 Obras de defesa dos litorais As obras de defesa dos litorais são intervenções estruturais que têm a função de agir no balanço do transporte sólido favorecendo a estabilização ou a ampliação da linha de costa, defendendo-a contra a erosão. Os requisitos básicos a serem considerados no projeto das obras de defesa dos litorais são: • Econômicos de análise custo x benefício. • Ambientais ligados a questões sócio-econômicas, ecológicas e estéticas. • Mínima influência nas áreas adjacentes. V.1.3 Intervenções não estruturais As intervenções não estruturais são medidas que não interferem fisicamente com o litoral, mas atuam nos aspectos sócio-econômicos relacionados com a questão, determinando condições de contorno mais favoráveis, no sentido de reduzir as intervenções estruturais, que devem ser adotadas somente como último recurso. As características destas medidas são de terem efeitos a longo prazo (décadas), através do planejamento dos aspectos físicos, urbanísticos e de defesa dos litorais quanto ao uso e ocupação racionais do solo na definição de políticas de Gerenciamento Costeiro. V.2 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA O PROJETO Deve-se caracterizar a unidade morfológica local, com base em: • Morfologia da linha de costa a partir de levantamentos topográficos, aerofotogramétricos,ou por satélite. • Análises sedimentológicas e petrográficas. • Regimes de ondas e correntes associadas. A definição da obra mais adequada em geral não é imediata, pois raramente a situação real é simples e esquematizada por uma relação linear entre o problema e o tipo de obra, sendo frequente o recurso à conjugação de diversos tipos de obras. OBRAS PORTUÁRIAS V.3 AS OBRAS DE DEFESA V.3.1 Classificações genéricas As obras de defesa podem ser classificadas quanto à natureza em: • Naturais (praias e dunas), que são as linhas de defesa por excelência. • Artificiais com as funções de: - Costas com transporte litorâneo de rumo dominante devem dispor tipicamente de obras de defesa normais à costa. - Costas com transporte litorâneo insignificante ou nulo devem dispor tipicamente de obras paralelas à costa. Quanto à localização com referência à linha de costa as estruturas classificam-se em: • Estruturas construídas aproximadamente normais (transversais) à costa e usualmente a ela conectadas são os espigões. • Estruturas destacadas (não enraizadas) da costa e aproximadamente a ela paralelas (longitudinais) são os quebra-mares destacados (isolados). • Estruturas construídas no estirâncio e aproximadamente paralelas à costa são genericamente conhecidas como paredões, construídos na interface terra-mar. • Alimentação artificial de areia nas praias. • Conjugação das anteriores. V.4 OBRAS LONGITUDINAIS ADERENTES V.4.1 Descrição As obras longitudinais aderentes são empregadas para fixar o limite da praia em costas não protegidas adequadamente por praia natural, sendo muito frequentemente obras de emergência (provisórias) em áreas seriamente afetadas pelo mar para evitar o recuo da praia. Na terminologia genérica são denominados por paredões, embora possam ter diferentes funções específicas. V.4.2 Funções • Resistir à ação das ondas como simples revestimentos do estirâncio frente climas de ondas fracos ou moderados em baías ou enseadas, resistir a clima de ondas severos em muros de choque maciços para retardar a erosão de praia ou escarpas. • Arrimo. • Evitar inundações. V.4.3 Limitações • Não retenção de sedimentos em trânsito. • Grande tendência a ser galgada pelo escoamento. OBRAS PORTUÁRIAS • Protegem somente a área no seu tardoz. V.4.4 Modelos de obras longitudinais aderentes Apresentam-se a seguir exemplos de estruturas de muro de choque e arrimo e de revestimento de praia. Exemplo de estrutura de muro de choque. Exemplo de revestimento de praia. Obra longitudinal aderente na praia de Milionários em São Vicente (SP). OBRAS PORTUÁRIAS Obra longitudinal aderente na praia da Ilha Porchat em São Vicente (SP). Obra longitudinal aderente na praia de Gonzaguinha em São Vicente (SP). OBRAS PORTUÁRIAS Ação das vagas e espraiamento no muro de concreto ciclópico de proteção da falésia de Salinópolis (PA). Mureta do alto da praia em Mongaguá (SP). V.5 ESPIGÕES V.5.1 Descrição OBRAS PORTUÁRIAS Os espigões de praia são estruturas transversais que se estendem do pós-praia, suficientemente enraizadas para não serem contornados pelo espraiamento, até a primeira linha de arrebentação. V.5.2 Funções As funções específicas que os espigões podem desempenhar são: • Interceptação de parte, ou da totalidadade do transporte de sedimentos litorâneo, através de deposições a barlamar. • Estabilização de praia sujeita a variações periódicas. • Alargamento de praia para fins balneários, ou de reurbanização. V.5.3 Limitações As limitações das obras de espigões são basicamente: • Não são indicados quando for fraco o transporte de sedimentos litorâneo. • Não evitam erosões associadas a correntes de retorno transversais. • Criam turbulências nas suas extremidades ao largo. V.5.4 Utilização de espigão isolado A seguir, está apresentado o mecanismo de proteção de costa de um espigão isolado, que pode propiciar: OBRAS PORTUÁRIAS Mecanismo de funcionamento de espigão isolado em processo de proteção de costas. V.5.5 Utilização de um campo de espigões A seguir estão apresentados os mecanismos de estabilização de linha de costa com um campo de espigões. OBRAS PORTUÁRIAS Mecanismo de funcionamento de um campo de espigões no processo de estabilização de linhas de costas. Elevação da seção transversal de espigão empregado na recuperação da Praia Mansa de Caiobá (PR). Ilustração da recuperação da Praia Mansa de Caiobá (PR). OBRAS PORTUÁRIAS V.5.6 Parâmetros funcionais do projeto Os principais parâmetros funcionais de projeto das obras de espigões são: • Comprimento • Altura • Permeabilidade • Espaçamento entre espigões • Configuração planimétrica • A mais frequente é a retilínea. • Orientação com relação à linha de costa V.5.7 Materiais empregados Os principais materiais empregados na construção de espigões são: • Enrocamento • Estacas prancha metálicas, planas ou celulares preenchidas de agregados, de concreto, ou de madeira (indicadas em áreas de agitação menos intensa). V.6 QUEBRA-MARES DESTACADOS DA COSTA V.6.1 Descrição São estruturas sensivelmente paralelas à costa e dela desligadas, sendo portanto implantadas em áreas de profundidades maiores do que os espigões. Os quebra-mares destacados são frequentemente constituídos por estruturas segmentadas com vãos que têm a finalidade de renovação da água. V.6.2 Função A função específica que os quebra-mares destacados desempenham é a de agir diretamente sobre as ondas e correntes associadas, interceptando as ondas incidentes e difratando as adjacentes. V.6.3 Funcionamento O funcionamento dos quebra-mares destacados caracteriza-se por: • A dissipação da energia das ondas e as correntes de difração propiciam a deposição dos sedimentos. • A granulometria da areia depositada corresponde aos materiais mais finos existentes na área. OBRAS PORTUÁRIAS • No caso de ausência de transporte litorâneo dominante o enchimento ocorre a partir de ambas as extremidades. V.6.4 Limitações As limitações das obras de quebra-mares destacados são basicamente: • Em locais com grande declividade do terreno não são obras indicadas, por exigirem obras em grandes profundidades (anti-econômicas). • Não se constituem em obras flexíveis no tempo em se adaptar ao crescimento da praia. • Riscos à navegação. • Esteticamente desagradáveis, principalmente os emersos. V.6.5 Parâmetros funcionais de projeto Os principais parâmetros funcionais de projeto são: • Cota de coroamento e profundidades (distância da costa). • Comprimento. • Percentual de vãos. OBRAS PORTUÁRIAS Condições de onda e corrente junto a um quebra-mar. OBRAS PORTUÁRIAS V.6.6 Indicações para o estudo preliminar de um sistema de quebra-mares destacados Como dimensões de ordens de grandeza típicas, em profundidades de 3 m estas obras podem ter 100 m de comprimento e vãos de 30 m. V.6.7 Materiais empregados Os principais materiais empregados são: • Enrocamento • Blocos artificiais de concreto são utilizados em obras em maiores profundidades, podendo formar estruturas denominadas recifes artificiais. O dimensionamento e características destas obras são análogos aos das obras portuárias externas. V.7 ALIMENTAÇÃO ARTIFICIAL DAS PRAIAS V.7.1 Descrição A alimentação artificial de praia consiste no suprimento de areia com material adequado obtidode áreas de empréstimo. A alimentação artificial de praia é a intervenção estrutural reconhecida mundialmente como a melhor defesa contra a erosão costeira, pois não necessita de obras fixas, estranhas ao ambiente natural, que são de eficiência difícil de ser prevista e, via de regra, com efeitos colaterais nas áreas adjacentes. A alimentação artificial de praias somente se adapta bem em trechos mais extensos de praia e a realimentação periódica requer uma organização permanente e eficiente. V.7.2 Funções As funções das obras de alimentação artificial de praia são: • Agir sobre o balanço de sedimentos litorâneo. • Pode ter o caráter de praia protetora ou de lazer (ou ambas). V.7.3 Limitações As principais limitações de obras de alimentação artificial de praias são: • Disponibilidade e custos econômicos dos materiais de empréstimo (jazida de areia). V.7.4 Parâmetros funcionais de projeto Os principais parâmetros funcionais de projeto de obras de alimentação de praias são: OBRAS PORTUÁRIAS • Área de alimentação • As zonas de alimentação e despejo devem situar-se fora das áreas de influência das correntes de refluxo das embocaduras, para evitar perdas. • Quantidade • Frequência de alimentação ligada à permanência do material, podendo ser contínua ou intermitente. • Lançamento • Granulometria • Fonte • Equipamentos • Transporte mecânico terrestre. • Transporte hidráulico. V.7.5 Alimentação artificial de praias A seguir estão exemplificadas algumas soluções de alimentação artificial de praias. Princípios da alimentação artificial no pós-praia, praia e face da costa.
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