AULA 02 - OBRAS MARÍTIMAS EXERCÍCIOS

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OBRAS HIDRÁULICAS
MARÍTIMAS
Professor
Antonio Henriques Bento, MSc.
Agosto/2019
 OBRAS HIDRÁULICAS MARÍTIMAS
 
 . TIPOS DE OBRAS
1. OBRAS DE PROTEÇÃO COSTEIRA E SANEAMENTO
As obras de proteção costeira e saneamento compreendem: os muros, molhes, quebra-mares (estes possuem construção semelhante aos molhes, porém são estruturas geralmente associadas a obras portuárias), obras de saneamento, como emissários submarinos e aterros costeiros.
Em qualquer tipo de obra marítima torna-se essencial estudo da Oceanografia e Geotecnologia da área objeto de implantação, tais como:
a. conhecimento dos regimes existentes de ondas e correntes marítimas a fim de possibilitar a definição dos esforços solicitantes para dimensionamento da obra e garantir sua vida útil;
b. conhecer a granulometria, composição e movimentação dos sedimentos superficiais;
c. avaliação das formações geológicas presentes.
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 . TIPOS DE OBRAS: MUROS
É recomendável, em obras de vulto, a elaboração de modelos reduzidos, capazes de reproduzir os efeitos da construção da obra, para melhor prever as possíveis implicações sobre o ambiente, uma vez que a Oceanografia é de caráter semi-empírico.
1.1. MUROS 
Os MUROS funcionam como dissipadores artificiais da energia das ondas quando a proteção natural contra a erosão constituída pelas dunas é rompida pela destruição dos campos de dunas (ruptura do equilíbrio dinâmico das praias). A colocação de MUROS pode ser eficiente, porém, em praias extensas, eles transferem a erosão para outro local da praia, dependendo do transporte arenoso por deriva litorânea.
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 . TIPOS DE OBRAS: MURO
Ataque de praia e duna por ondas de tempestade.
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 . TIPOS DE OBRAS: MURO
Incidência de ondas em um muro de proteção: erosão e deposição.
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 . TIPOS DE OBRAS: MOLHES e QUEBRA-MARES
1. 2 MOLHES
Estruturas que avançam da praia ao mar. São construídos de pedra ou sintéticos constituindo um tipo de enrocamento. A finalidade de sua construção é interferir na deriva litorânea causando acumulação de areia, ou retardando a erosão da praia. Tal como ocorre com os muros, a colocação de molhes num certo setor da praia poderá provocar erosão em áreas adjacentes desprotegidas de acordo com o rumo da deriva litorânea.
1.3 QUEBRA-MARES
São estruturas destinadas a dissipar a energia das ondas. Em geral são construídos para criar condições de abrigo às embarcações ou proteger as praias. Diferem dos molhes porque podem estar conectados à praia ou ser construído ao largo.
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 . TIPOS DE OBRAS: GUIA-CORRENTES
1. 4 GUIA-CORRENTES
Estruturas semelhantes aos molhes com a finalidade de proteger as conexões de lagunas ou baixios estuários, da ação das ondas. Atuam também no sentido de diminuir o afluxo de sedimentos para o interior dos estuários como acontece no Estuário do Itajaí-Açu.
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 . TIPOS DE OBRAS: GUIA-CORRENTES
Alterações no Estuário do Itajaí-Açu(SC), com retificações da foz e implantação de guia-correntes.
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 . TIPOS DE OBRAS: ENGORDAMENTO DE PRAIAS
1. 5 ENGORDAMENTO DE PRAIAS
Consiste na colocação de sedimentos num trecho de praia, visando restaurar o equilíbrio dinâmico, ao longo da linha de praia, proteger a costa contra ondas de tempestade ou ampliar sua largura para atividades de lazer.
O material utilizado para engordamento, deve ser selecionado com base em cuidadosa observação das características sedimentares da praia a ser recuperada. Se a granulação do material for mais fina do que o da praia, haverá perda de material que deverá ser reposto; por outro lado, se a granulação for mais grossa do que o material da praia, a energia das ondas não será capaz de removê-lo, criando-se condições estáveis quanto à erosão, porém um perfil praial diferente do original.
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 . TIPOS DE OBRAS: EMISSÁRIO SUBMARINO
1. 6 EMISSÁRIO SUBMARINO
As estações de tratamento de esgoto, assim como os emissários submarinos, são dispositivos que mitigam os efeitos danosos dos poluentes provenientes de esgotos sanitários e industriais que, no caso dos emissários submarinos, são lançados a grandes distâncias da costa acumulando-se com os sedimentos de fundo do mar.
Como exemplo, o Emissário de Ipanema, cidade do Rio de Janeiro, em operação desde o início da década de 70 do século passado, é uma tubulação de 2,80m de diâmetro, com 6km de extensão e vazão de projeto de 12m3/s de dejetos que são lançados ao largo da costa.
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 . TIPOS DE OBRAS: PORTOS
1. 7 PORTOS
Um porto é uma área abrigada das ondas e correntes, localizada à beira de um oceano, mar, lago ou rio, destinada a atracação de barcos e navios, com o pessoal e serviços necessários ao carregamento e descarregamento de cargas e ao estoque temporário deles, bem como instalações para o movimento de pessoas e carga ao redor do setor portuário, e, em alguns casos, terminais especialmente designados para acomodação de passageiros. A implantação de portos em águas artificialmente abrigadas é prática não muito comum no Brasil. Os mais representativos são o Porto de Suape (PE) e o Terminal Offshore de Sergipe construído pela Petrobrás.
Também enquadram-se neste tipo de obra, a Marina da Glória (RJ) e a Marina do Guarujá (SP).
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 . TIPOS DE OBRAS: PORTOS
 
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 . TIPOS DE OBRAS: PORTOS
 Vista geral do terminal offshore de Sergipe.
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
HISTÓRICO
A importância dos canais vem desde a antiguidade:
Há 4000 anos atrás os egípcios empregavam canais para ligar o rio Nilo ao Mar Vermelho e para prática de agricultura irrigada;
No final do século XVIII, Napoleão Bonaparte considerava a abertura de um canal ligando o Mar Vermelho ao Mediterrâneo, projeto que, em 1869, viria a ser o Canal de Suez, encurtando em 9.700km a distância marítima entre a Inglaterra e a Índia;
Em 1914 inaugura-se o Canal do Panamá, interligando o oceano Pacífico ao Atlântico;
Em 1925 o Canal de Erie liga os grandes lagos ao rio Hudson e ao Oceano Atlântico, com 584km, consolidando a cidade de Nova Iorque como centro financeiro dos Estados Unidos.
No Brasil, alguns projetos merecem destaque como exemplos de obras de engenharia diversificadas:
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
CANAL DA COSIPA na baixada litorânea de Santos/SP, aberto por dragagem de sedimentos inconsolidados e utilizado para navegação;
CANAL DE JAÍBA no sertão árido mineiro, ao longo do rio São Francisco, escavado em sedimentos recentes sobre rochas calcárias e empregado para irrigação com uma vazão de até 80m3/s;
CANAL DE PEREIRA BARRETO, no oeste Paulista, aberto em sedimentos arenosos, com diferentes graus de coerência, interligando os lagos das usinas de Três Irmãos (rio Tietê) e Ilha Solteira (rio Paraná) para navegação e geração de energia;
HIDROVIA TIETÊ-PARANÁ nos estados do Sul, Sudeste e Centro-Oeste, aproveitando e interligando reservatórios de usinas hidrelétricas através de eclusas;
CANAL DO RIO TIETÊ, na zona urbana da cidade de São Paulo, uma retificação com rebaixamento de leito para o controle de enchentes, escavado em sedimentos inconsolidados, recentes e terciários, e soleiras de rochas cristalinas.
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
CONCEITOS:
Os canais são condutos naturais ou artificiais, destinados a escoar as águas, com uma superfície livre. São construídos tanto ao longo dos próprios cursos d´água da rede hidrográfica, modificados de acordo com as necessidades, como escavados em terra seca.
Os canais constituem intervenções que podem causar profundas modificações nos meios físicos e biótico, afetando a complexa interação substrato-relevo-solo e os sistemas dependentes desse equilíbrio, particularmenteos lençóis freáticos e os ecossistemas associados ao rio. Portanto, o projeto de um canal deve tentar conciliar as tendências naturais dos cursos d’água ao aproveitamento econômico do recurso minimizando o impacto ambiental. Encontrar o melhor equilíbrio entre obra e meio, requer larga abrangência de enfoques e exige que os técnicos pratiquem abordagens multidisciplinares e interativas.
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
TIPOS DE CANAIS
Os tipos mais comuns são: hidrovias, canais de irrigação, canais de adução para abastecimento, canais para controle de cheias, canais para drenagem de áreas encharcadas, canais de retificação de cursos naturais para os mais diversos fins, canais emissários de águas pluviais e efluentes em zonas urbanas e rurais, canais de adução e fuga de usinas hidrelétricas e de outras instalações. O canal pode ser escavado, em aterro, estrutural e misto.
Quanto à seção transversal, os tipos mais comuns de canais são: trapezoidal, retangular, triangular e circular, embora outras seções possam ser empregadas, dependendo da concepção da obra, que deve adequar a finalidade do canal às características do meio físico.
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
COMPONENTES DE UM CANAL
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
CRITÉRIOS DE PROJETO
A finalidade do uso da água, conduzida por um canal, determina vários critérios básicos, como o de admitir ou não perda d’água. Canais de navegação e de retificação admitem perdas d’água, enquanto os que aduzem água, seja para abastecimento urbano como para irrigação, em geral não podem perder esse recurso.
OUTROS CRITÉRIOS SÃO EXEMPLIFICADOS NOS SEGUINTES TIPOS DE CANAIS:
CANAIS DE NAVEGAÇÃO: Devem apresentar alinhamento do eixo e dimensões das seções transversais adequados ao tráfego e aos tipos de embarcações. O calado mínimo deve ser mantido durante os períodos de estiagem. Em geral, fazem parte de um sistema mais complexo que compreende eclusas, barragens e portos;
CANAIS DE RETIFICAÇÃO: Podem ser concebidos para controle de cheias; para organização do espaço visando o uso do solo; para o controle de processos erosivos-deposicionais, etc..Um aspecto comum destes tipos de canais é a necessidade de manutenção, que exige limpeza ou mesmo dragagens frequentes.
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
 
CANAIS DE IRRIGAÇÃO: Devem facilitar o escoamento d’água sem provocar erosão ou deposição de sedimentos. Em geral, os canais de irrigação de maior porte, que aduzem e distribuem água até os lotes irrigados, são dotados de revestimentos para evitar perdas d’água importantes.
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 
Os canais usuais nos projetos de hidrovias são classificados em canais de acesso (aproximação ou saída de embarcações de alguma obra fluvial) e canais de navegação, propriamente ditos, quando são projetados para garantir profundidade mínima em qualquer ponto da hidrovia. Em interligações de bacias, costuma-se chamar o canal de navegação de canal de partilha. Nestas interligações, geralmente, há falta de água para manutenção da profundidade mínima, exigindo que sejam abastecidos. 
A seção do canal é um dos parâmetros de maior importância, pois sua relação com a área da seção transversal da embarcação ou comboio define, em grande parte, as condições de escoamento na canal e em volta do casco, provendo economia e segurança à navegação.
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 
Os canais de navegação mais usuais têm seção transversal retangular ou trapezoidal.
A profundidade mínima do canal deve atender ao calado máximo da embarcação ou comboio que serve como padrão para o projeto geral da hidrovia. Além disso, é dado um acréscimo ao calado máximo, chamado de pé-de-piloto, para garantir boas condições de escoamento entre o fundo do casco e fundo do canal.
A largura mínima do canal deve levar em conta condições mínimas de segurança para embarcação, tanto em percurso individual como em cruzamento. Essa largura é definida com base na largura da embarcação. Para canais retos, a relação é a seguinte:
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 . TIPOS DE OBRAS: CANAIS E HIDROVIAS
 CALADO DO NAVIO
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 LARGURA MÍNIMA DA BASE DE UM CANAL RETO: br = n.B
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 
Sendo: 
br = largura mínima do canal reto
B = largura ou boca da embarcação
n = adimensional
O valor de (n) adotado para canais retos de mão única é de 2,2 e, para mão dupla, 4,4.
Para canais curvos é calculada uma sobrelargura a ser somada à largura do canal reto, ou seja:
bc = br + SL, sendo:
bc = largura mínima do canal curvo;
SL = sobrelargura
, sendo:
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 LARGURA MÍNIMA DA BASE DE UM CANAL CURVO.
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 
L = Comprimento da maior embarcação
R = Raio de curvatura do canal
O fator que rege as boas condições de escoamento ao redor do casco da embarcação é denominado fator de área (FA), definido por:
 , sendo:
AT = área transversal mínima do canal, até a linha d’água;
AB = área transversal da embarcação
O valor recomendado para (FA) é igual ou maior que 7.
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
ÁREA TRANSVERSAL MÍNIMA DO CANAL
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 CONDICIONANTES GEOLÓGICOS
Os condicionantes geológicos de um canal de grande porte podem se considerados segundo suas influências nos componentes da obra, ou seja, nas escavações, nos materiais de construção e nos taludes, bem como no seu comportamento durante a operação, tendo em vista as alterações de processos relacionados à dinâmica da água superficial e subterrânea.
ESCAVAÇÕES: A natureza dos materiais cortados pelo canal e posição do N.A. constituem os principais condicionantes dos métodos de escavação. No canal de Pereira Barreto, escavado em terreno seco, os testes de escavação permitiram definir o método de escarificação como o mais adequado e a adoção de pré-fissuramento por fogacho, nas faixas de arenito mais resistente.
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO: Além dos revestimentos, materiais de construção, solos e rochas, podem ser necessários para aterros. No caso do canal de Jaíba, para os trechos em aterro, foram usados solos de áreas de empréstimo locais, compactados de forma tradicional.
TALUDES: Em canais, o problema de estabilidade é agravado pela saturação e pela oscilação do nível de água, que geram condições mais instáveis, sobretudo nas situações de esvaziamento rápido. Pequenos desbarrancamentos podem se manifestar em canais não-revestidos, devido à ação de solapamento da água, especialmente pelo embate de ondas, que pode desencadear escorregamentos de maior amplitude ou progredir margem a dentro.
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 . TIPOS DE OBRAS: HIDROVIAS
 
Na construção do canal da Cosipa, situações diversificadas de estabilidade de taludes foram atribuídas à heterogeneidade das camadas de sedimentos, cortadas pela dragagem.Os taludes mostraram-se estáveis entre 1V:1H e 1V:3H.
DINÂMICA DAS ÁGUAS SUPERFICIAIS: Além dos condicionantes de ordem hidrológica, os condicionantes geológicos atuam na dinâmica dos processos erosivos e deposicionais, devendo ser levados em conta nos projetos de canais, especialmente daqueles que são implantados nos próprios cursos d’água. A dinâmica fluvial ganha importância quando os canais transpõem terrenos constituídos por materiais inconsolidados, como as planícies aluviais. Nesta condição existe tendência de migração do canal e a consequente formação de meandros, além de situações muito propícias à deposição.
DINÂMICA DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS: O comportamentodo lençol freático pode sofrer profundas alterações com a construção de um canal, além de influir na estabilidade dos taludes do próprio canal.
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 . Exercício: Canais
 
1. Em um canal de calha retangular, i = 0,0004m/m, está passando uma vazão que ocasiona uma altura de 1,30m. Qual a vazão, para uma largura do canal de 2,40m?
2. Em uma canal retangular L = 2,10m e altura de água h = 0,35m. Qual a vazão para uma gradiente i = 0,0085m/m?
3. Em um canal retangular de declividade i = 0,0006m/m, largura de 3,80m, passa uma vazão de 29m3/s. O coeficiente n de Manning é 0,013. Qual a altura de água no regime uniforme?
4. Um rio foi canalizado numa cidade com a calha de seção trapezoidal , talude de 45°, largura da base de 1,70m, e profundidade da escavação de 2,10, altura da lâmina de água= 1,20m m. Qual a vazão que está passando? A declividade do canal é de 0,35m/km.
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 . Exercício: Canais
 
FINALMENTE!