Obras e Gestão de Portos e Costas - 2ª Edição Revista e Ampliada by Editora Blucher

2ª Edição Revista e Ampliada

Obras e Gestão de Portos e Costas 2ª Edição Revista e Ampliada Paolo Alfredini Emilia Arasaki Lançamento 2009 ISBN: 9788521204862 Páginas: 804 Formato: 20,5X25,5 cm Peso: 1,870 kg

Obras e Gestão de Portos e Costas

XVII

CONTEÚDO PrOÊMIO

PaNOraMa HidrOviáriO e dO GereNciaMeNtO cOsteirO NO brasil ............... 1 1 2 3

Panorama Hidroviário Nacional ..................................................... 8 Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional ........................ 19 Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem ..................................................................................... 23 3.1 Introdução............................................................................... 23 3.1.1 Sustentabilidade da cabotagem .................................... 28 Marinas e Atracadouros Pesqueiros ............................................ 33

Parte 1

Hidráulica M arÍtiMa................................................................................... 35 1

Hidrodinâmica das Ondas do Mar ....................................................... 37 1.1 Introdução sobre Ondas de Oscilação ......................................... 37 1.2 Ondas Monocromáticas e Ondas Naturais................................... 43 1.3 Dispersão da Onda e Velocidade de Grupo.................................. 45 1.4 Energia da Onda ............................................................................ 47 1.4.1 Pressão subsuperficial ........................................................ 47 1.4.2 Energia e potência das ondas ............................................ 48 1.5 Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas ....49 1.5.1 Distribuição das alturas de ondas numa tempestade ........ 49 1.5.2 Distribuição estatística de longo período ............................51 1.6 Efeitos de Águas Rasas ................................................................. 56 1.6.1 Empolamento e refração ...................................................... 56 1.6.2 Arrebentação ........................................................................ 66 1.7 Difração.......................................................................................... 71 1.8 Reflexão.......................................................................................... 76 1.9 Correntes Longitudinais Produzidas pela Arrebentação ........... 78 1.9.1 Considerações gerais ........................................................... 78

Marés e Correntes ...................................................................................81 2.1 Dinâmica da Maré Estuarina.........................................................81 2.1.1 Considerações gerais sobre a maré astronômica................81 2.1.2 Considerações gerais sobre a maré meteorológica ........... 88 2.1.3 Descrição matemática das marés astronômicas ............... 89 2.1.4 A maré astronômica real em estuários ...............................91 2.1.5 Modificações dinâmicas da maré astronômica em estuários................................................................................91 2.1.6 Efeitos das larguras e profundidades nas massas estuarinas ............................................................................ 92 2.1.7 Previsão da maré astronômica por análise harmônica ..... 93 2.2 Propagação da Maré em Estuários .............................................102 2.2.1 Circulação e misturação ....................................................102 2.2.2 Tipos de circulação ............................................................112 2.2.3 Variação relativa do nível médio do mar e seus impactos .............................................................................113

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XVIII

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3 Processos Litorâneos..............................................................................131 3.1 Introdução......................................................................................131 3.2 Origens e Características dos Sedimentos de Praia.................. 134 3.2.1 Considerações gerais.......................................................... 134 3.2.2 Balanço sedimentar........................................................... 136 3.2.3 Características dos sedimentos de praia...........................140 3.3 Circulação Induzida pelas Ondas junto à Costa..........................142 3.3.1 Considerações gerais...........................................................142 3.3.2 Ataque frontal......................................................................143 3.3.3 Ataque oblíquo.....................................................................143 3.4 Descrição do Transporte de Sedimentos Litorâneo...................145 3.4.1 Considerações gerais...........................................................145 3.4.2 Ao largo da arrebentação....................................................146 3.4.3 Região de arrebentação......................................................147 3.5 Perfis de Praia e Formações Costeiras Típicas...........................151 3.5.1 Perfis transversais de praia................................................151 3.5.2 Formações costeiras típicas.............................................. 154 3.6 Análise Quantitativa do Processo de Transporte Litorâneo.....173 3.6.1 Início do movimento de sedimentos não-coesivos e conformações de fundo.......................................................173 3.6.2 A estimativa da vazão do transporte litorâneo.................178 4 Hidráulica Estuarina............................................................................... 185 4.1 Descrição Geral das Embocaduras Marítimas........................... 185 4.1.1 Definição generalizada de estuário e a importância do seu estudo...................................................................... 185 4.1.2 Classificação dos estuários................................................ 188 4.1.3 Características gerais dos processos estuarinos.............. 193 4.2 Intrusão Salina em Estuários...................................................... 196 4.2.1 Descrição da dinâmica da intrusão salina....................... 196 4.2.2 Mecanismo de uma cunha salina estacionária................ 198 4.2.3 Análise de estuários misturados....................................... 199 4.3 Processos Sedimentológicos........................................................ 200 4.3.1 Fontes sedimentares.......................................................... 200 4.3.2 Dinâmica do transporte de sedimentos........................... 204 4.4 Processos Morfológicos.................................................................216 4.4.1 Considerações gerais...........................................................216 4.4.2 Conceito de equilíbrio dinâmico ou de regime em estuários...............................................................................216 4.4.3 Conceito de estuário ideal..................................................216 4.4.4 Processos morfológicos em deltas......................................217 4.4.5 Processos morfológicos em embocaduras de maré......... 223 4.5 Estudos de Casos.......................................................................... 225 4.5.1 Aspectos relativos à dinâmica hidráulico-salina do baixo Rio Cubatão (SP)..................................................... 225 4.5.2 Modelo analítico para vazão de barreira hidráulica no Rio Cubatão (SP)................................................................ 231 4.5.3 Impacto da vazão da Barragem do Valo Grande na distribuição de salinidade no Complexo Estuarino Lagunar de Iguape-Cananeia (SP)................................... 234 4.5.4 O Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (MA)............ 238 4.5.5 Estudo da dispersão de efluentes de emissários submarinos na Baixada Santista (SP).............................. 247

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Parte 2

Hidráulica Fluvial..................................................................................... 253

5 Transporte de Sedimentos — Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira................................................ 255 5.1 Introdução..................................................................................... 255 5.1.1 Considerações gerais.......................................................... 255 5.1.2 Condicionantes do transporte de sedimentos.................. 256 5.1.3 A erosão por ação hidráulica............................................. 257 5.1.4 A viabilidade de obras de Engenharia Hidráulica e o transporte de sedimentos................................................. 264 5.2 Modalidades do Transporte Sólido............................................. 266 5.3 Equilíbrio dos Escoamentos com Fundo Móvel......................... 267 5.4 Curva-chave Sólida...................................................................... 267 5.5 Distribuição de Tensões de Arrastamento na Fronteira........... 271 6 Transporte de Sedimentos — Início do Movimento/Conformações de Fundo/Rugosidade........................................................................... 273 6.1 Hidráulica dos Escoamentos com Fundo Móvel........................ 273 6.1.1 Lei de distribuição de velocidades.................................... 273 6.1.2 Perdas de carga nos escoamentos com fundo móvel........274 6.1.3 Turbulência..........................................................................274 6.2 Propriedade dos Sedimentos........................................................274 6.2.1 Caracterização.....................................................................274 6.2.2 Origem................................................................................ 275 6.3 Início do Transporte Sólido por Arrastamento...........................276 6.3.1 Considerações gerais...........................................................276 6.3.2 Início do transporte............................................................276 6.4 Conformações de Fundo.............................................................. 281 7 Transporte de Sedimentos — Arrastamento de Fundo e em Suspensão............................................................................................... 283 7.1 Capacidade de Transporte por Arrastamento de Fundo.......... 283 7.2 Transporte Sólido em Suspensão............................................... 284 7.2.1 Distribuição da concentração de sedimentos transportados em suspensão............................................. 284 7.2.2 Determinação da vazão sólida em suspensão.................. 286 7.3 Transporte Sólido Total............................................................... 287 7.3.1 Transporte sólido efetivo................................................... 287 7.3.2 Vazão sólida total................................................................ 287 8 Morfologia Fluvial — Princípios........................................................... 289 8.1 Introdução..................................................................................... 289 8.2 Teoria do Regime......................................................................... 292 8.2.1 Geometria Hidráulica......................................................... 292 8.2.2 Resposta fluvial.................................................................. 293 8.3 Evolução dos Cursos D’Água....................................................... 295 8.3.1 Princípios fundamentais que regem a modelação do leito................................................................................. 295 8.3.2 Perfis longitudinais fluviais............................................... 297 8.3.3 Efeito dos filetes líquidos no processo hidrossedimentológico....................................................... 297 9

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Morfologia Fluvial — Características Planialtimétricas dos Cursos D’Água de Planície Aluvionar...................................................301 9.1 Leis de Fargue...............................................................................301 9.2 Meandros Divagantes................................................................... 305

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Parte 3

Obras Portuárias e Costeiras................................................................... 307

10 Arranjo Geral Portuário......................................................................... 309 10.1 Classificação dos Tipos de Portos............................................... 309 10.1.1 Definição............................................................................ 309 10.1.2 Natureza dos portos..........................................................310 10.1.3 Localização.........................................................................310 10.1.4 Utilização............................................................................310 10.2 Obras de Melhoramento dos Portos.............................................311 10.3 Arranjo Geral das Obras Portuárias............................................311 10.3.1 Obras portuárias encravadas na costa ou estuarinas.....311 10.3.2 Obras portuárias salientes à costa e protegidas por molhes........................................................................318 10.3.3 Obra portuária ao largo protegida por quebra-mar....... 322 10.3.4 Outros tipos de arranjos gerais........................................ 322 10.4 Localização de Quebra-mares..................................................... 325 10.5 Questões Fundamentais do Projeto das Obras Portuárias....... 329 10.6 Ações em Estruturas Portuárias Marítimas ou Fluviais........... 329 11 Dimensões de Canais e Bacias Portuários......................................... 331 11.1 Canais de Acesso.......................................................................... 331 11.1.1 Aspectos relacionados à profundidade de canais de acesso portuários........................................................ 331 11.1.2 Aspectos relacionados à largura de canais de acesso portuários............................................................. 333 11.1.3 Exemplos de canais de acesso portuários...................... 344 11.2 Bacias Portuárias......................................................................... 346 11.2.1 Bacias de evolução............................................................ 346 11.2.2 Bacias de espera............................................................... 347 11.2.3 Bacias do berço................................................................. 347 12 Obras de Abrigo Portuárias — Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões................................................................................................... 349 12.1 Considerações Gerais sobre as Obras de Abrigo........................ 349 12.1.1 Função............................................................................... 349 12.1.2 Finalidades........................................................................ 349 12.2 Tipos Convencionais de Obras de Abrigo................................... 350 12.3 Tipos Não-convencionais de Obras de Abrigo............................ 352 12.4 Escolha do Tipo de Obra.............................................................. 355 13 Obras de Abrigo Portuárias — Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas................................................................................ 367 13.1 Anteprojeto de Quebra-mar de Talude....................................... 367 13.1.1 Características gerais da seção transversal.................... 367 13.1.2 Composição do maciço..................................................... 368 13.1.3 Equipamentos e métodos construtivos........................... 370 13.1.4 Fatores de projeto............................................................. 370 13.1.5 Pré-dimensionamento da armadura............................... 370 13.1.6 Pré-dimensionamento da seção transversal................... 372 13.2 Metodologia de Projeto de um Quebra-mar de Berma.............. 375 13.3 Diagrama de Pressões sobre uma Parede Vertical.................... 377 13.4 Dimensionamento do Peso dos Blocos de Espigões de Enrocamento................................................................................ 378

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14 Obras Portuárias Internas — Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios................................................................................. 381 14.1 Características Gerais, Classificação e Tipos Principais das Obras Acostáveis.......................................................................... 381 14.2 Ação das Embarcações nas Obras Acostáveis............................ 389 14.2.1 Considerações gerais........................................................ 389 14.2.2 Defensas.............................................................................391 14.2.3 Cabos de amarração......................................................... 401 14.2.4 Equipamento de amarração baseado em terra.............. 405 14.3 Elementos Básicos no Projeto Estrutural das Obras de Acostagem..................................................................................... 408 14.3.1 Considerações gerais........................................................ 408 14.3.2 Classificação do tipo estrutural....................................... 408 14.4 Portos Fluviais.............................................................................. 425 14.4.1 Considerações gerais........................................................ 425 14.4.2 Acesso e abrigo................................................................. 425 14.4.3 Obras de acostagem.......................................................... 425 15 Obras Portuárias Internas — Instalações de Movimentação e Armazenamento de Cargas.................................................................. 433 15.1 Introdução..................................................................................... 433 15.2 Berços para Carga Geral.............................................................. 434 15.2.1 Cota.................................................................................... 434 15.2.2 Larguras das plataformas................................................ 434 15.2.3 Largura total da área no tardoz da frente do cais......... 435 15.2.4 Armazenamento coberto das cargas............................... 435 15.2.5 Pátios de estocagem......................................................... 435 15.2.6 Equipamento para movimentação de carga................... 437 15.3 Terminais de Contêineres........................................................... 446 15.3.1 Considerações gerais........................................................ 446 15.3.2 Cota e largura da plataforma........................................... 446 15.3.3 Pátio de contêineres e equipamento............................... 447 15.3.4 Terminais mistos de carga geral e contêineres.............. 450 15.4 Terminais Roll-on/Roll-off.......................................................... 450 15.5 Terminais para Granéis Líquidos................................................ 451 15.5.1 Considerações gerais........................................................ 451 15.5.2 Berços convencionais para óleo cru e derivados de petróleo........................................................................ 451 15.5.3 Estocagem de granéis líquidos........................................ 454 15.5.4 Terminais convencionais para gases liquefeitos refrigerados e/ou comprimidos....................................... 454 15.5.5 Instalações de estocagem para gases liquefeitos........... 455 15.5.6 Terminais operando com boias....................................... 455 15.6 Terminais para Granéis Sólidos.................................................. 457 15.6.1 Considerações gerais........................................................ 457 15.6.2 Terminais convencionais de exportação........................ 459 15.6.3 Terminais convencionais de importação........................ 466 15.7 Exemplo de Equipamentos de um Porto com Carga Diversificada..................................................................................470 15.8 Terminais e Portos Fluviais.........................................................471 16 Organização, Gerenciamento e Operação Portuária....................... 477 16.1 Modelos de Política Portuária...................................................... 477 16.1.1 Considerações gerais........................................................ 477 16.1.2 Modelos de controle portuário......................................... 477 16.1.3 Atividade portuária.......................................................... 480

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16.2 16.3 16.4 16.5 16.6

Mão-de-obra.................................................................................. 485 Tarifas Portuárias........................................................................ 486 A Política de Gestão Integrada.................................................... 487 Considerações sobre Anteprojeto de Dimensionamento Operacional................................................................................... 490 16.5.1 Aspectos básicos............................................................... 490 16.5.2 Dimensionamento do número de berços........................ 490 16.5.3 Dimensionamento de instalações de armazenagem para granéis...................................................................... 492 Centro Integrado de Operação.................................................... 492

17 Obras de Defesa dos Litorais — Tipos de Obras.............................. 495 17.1 Introdução..................................................................................... 495 17.1.1 Erosão costeira.................................................................. 495 17.1.2 Obras de defesa dos litorais.............................................. 495 17.1.3 Intervenções não-estruturais........................................... 496 17.2 Levantamento de Dados para o Projeto..................................... 496 17.3 As Obras de Defesa...................................................................... 497 17.3.1 Classificações genéricas................................................... 497 17.4 Obras Longitudinais Aderentes.................................................. 497 17.4.1 Descrição........................................................................... 497 17.4.2 Funções............................................................................. 498 17.4.3 Limitações......................................................................... 498 17.4.4 Parâmetros funcionais do projeto.................................... 498 17.4.5 Materiais empregados....................................................... 499 17.4.6 Modelos de obras longitudinais aderentes...................... 499 17.5 Espigões........................................................................................ 504 17.5.1 Descrição........................................................................... 504 17.5.2 Funções............................................................................. 504 17.5.3 Limitações......................................................................... 504 17.5.4 Utilização de espigão isolado........................................... 504 17.5.5 Utilização de um campo de espigões.............................. 505 17.5.6 Parâmetros funcionais do projeto.................................... 507 17.5.7 Materiais empregados....................................................... 508 17.6 Quebra-mares Destacados da Costa........................................... 508 17.6.1 Descrição........................................................................... 508 17.6.2 Função............................................................................... 509 17.6.3 Funcionamento................................................................. 509 17.6.4 Limitações......................................................................... 509 17.6.5 Parâmetros funcionais de projeto.....................................510 17.6.6 Indicações para o estudo preliminar de um sistema de quebra-mares destacados............................................510 17.6.7 Materiais empregados........................................................510 17.7 Alimentação Artificial das Praias................................................511 17.7.1 Descrição.............................................................................511 17.7.2 Funções...............................................................................512 17.7.3 Limitações...........................................................................512 17.7.4 Parâmetros funcionais de projeto.....................................512 17.7.5 Modelos de engordamentos artificiais de praias..............513 17.8 Obras de Proteção contra a Ação do Mar....................................515 17.8.1 Diques.................................................................................515 17.8.2 Fixação das dunas de areia...............................................517

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18 Obras de Defesa dos Litorais — Estimativa do Impacto sobre a Linha de Costa......................................................................................519 18.1 Espigões.........................................................................................519 18.1.1 Descrição conceitual do impacto sobre a linha de costa.........................................................................................519 18.1.2 Exemplificação de obras de campos de espigões........... 521 18.2 Quebra-mares Destacados........................................................... 526 18.2.1 Descrição conceitual do impacto sobre a linha de costa............................................................................. 526 18.2.2 Características funcionais de quebra-mar isolado emerso destacado da costa................................ 529 18.2.3 Características funcionais de quebra-mares emersos segmentados..................................................... 531 18.3 Alimentação Artificial de Praias................................................. 532 18.4 Instalação de Comportas e Solução Integrada........................... 533 19 Obras Estuarinas.................................................................................... 535 19.1 Princípios das Obras de Controle e Aproveitamento dos Estuários....................................................................................... 535 19.1.1 Princípios gerais................................................................ 535 19.2 Métodos de Controle.................................................................... 537 19.3 Controle Hidráulico...................................................................... 537 19.3.1 Revestimentos de margem............................................... 537 19.3.2 Diques direcionadores...................................................... 538 19.3.3 Espigões............................................................................ 542 19.3.4 Aumento do volume do prisma de maré......................... 543 19.3.5 Alterações da defasagem entre variações de níveis e velocidades.......................................................... 543 19.3.6 Delimitações lagunares.................................................... 544 19.4 Controle do Transporte de Sedimentos..................................... 545 19.4.1 Controle do fluxo de sólidos............................................. 545 19.5 Exemplos de Obras em Embocaduras Estuarinas..................... 546 20 Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental............................................................... 553 20.1 Emissários Submarinos............................................................... 553 20.2 Conceituação sobre o Comportamento de Vazamentos de Óleo.......................................................................................... 559 20.3 Processo de Licenciamento Ambiental....................................... 561 20.4 Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado..... 571 20.4.1 Impacto ambiental causado por emissário submarino........................................................................ 571 20.4.2 Critérios de emissão de cargas poluentes......................574 20.4.3 Brasil................................................................................ 575 20.4.4 China................................................................................ 578 20.4.5 Escócia............................................................................. 581 20.4.6 Estados Unidos............................................................... 584 20.4.7 Comunidade Europeia.................................................... 588 20.4.8 A problemática do Mar Mediterrâneo........................... 590 20.4.9 Padrões e parâmetros recomendados........................... 592 20.4.10 Características ambientais............................................. 595 20.4.11 Alternativas de pré-tratamento para efluentes de emissários................................................................... 598 20.4.12 Principais procedimentos a serem considerados no projeto de emissários.................................................601

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20.4.13 Monitoramento de emissários submarinos................... 602 20.4.14 Precauções na construção e manutenção..................... 603 20.4.15 Estações de tratamento de esgoto na região do Mar Mediterâneo........................................................ 605 20.4.16 Gerenciamento ambiental sugerido para o Mar Mediterrâneo............................................................610 20.4.17 O processo para a emissão de critérios e licenças........613 20.5 Considerações finais..................................................................... 620 Parte 4

Obras Hidroviárias................................................................................... 623

21 Dragagem e Derrocamento.................................................................. 625 21.1 Dragagem...................................................................................... 625 21.1.1 Introdução......................................................................... 625 21.1.2 Dragas mecânicas............................................................. 627 21.1.3 Dragas hidráulicas............................................................ 635 21.1.4 Medições dos volumes dragados...................................... 645 21.2 Derrocamento............................................................................... 648 21.2.1 Considerações gerais........................................................ 648 21.2.2 Métodos de derrocagem................................................... 648 21.3 Gestão Ambiental de Dragados Não-inertes.............................. 650 22 Dimensões Básicas das Hidrovias e Obras de Melhoramento para a Navegação................................................................................... 657 22.1 Embarcações Fluviais.................................................................. 657 22.1.1 Características das embarcações fluviais....................... 657 22.1.2 Automotores...................................................................... 658 22.1.3 Empurradores................................................................... 659 22.1.4 Chatas................................................................................ 660 22.1.5 Comboios de empurra...................................................... 663 22.1.6 Embarcações especializadas........................................... 665 22.2 Dimensões Básicas das Hidrovias............................................... 665 22.2.1 Considerações gerais........................................................ 665 22.2.2 Profundidade mínima...................................................... 665 22.2.3 Largura mínima............................................................... 665 22.2.4 Área mínima da seção molhada...................................... 665 22.2.5 Raio de curvatura............................................................. 666 22.2.6 Vão e altura livres nas pontes......................................... 667 22.2.7 Velocidade máxima das águas......................................... 667 22.2.8 Gabaritos propostos pelo Ministério dos Transportes...................................................................... 667 22.3 Estruturas Especiais de Canais Artificiais para a Navegação..................................................................................... 668 22.4 Obras de Melhoramento do Leito para a Navegação................. 669 23 Obras de Normalização e Regularização do Leito............................ 673 23.1 Obras de Normalização................................................................ 673 23.1.1 Considerações gerais........................................................ 673 23.1.2 Desobstrução e limpeza................................................... 673 23.1.3 Limitação dos leitos de inundação.................................. 673 23.1.4 Bifurcação fluvial e confluência de tributários...............674 23.1.5 Obras de proteção de margens.........................................674 23.1.6 Retificação de meandros.................................................. 684

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23.2

XXV

23.1.7 Obras de proteção de pilares de pontes.......................... 688 Obras de Regularização do Leito................................................ 693 23.2.1 Considerações gerais........................................................ 693 23.2.2 Regularização em fundo fixo........................................... 693 23.2.3 Regularização em fundo móvel....................................... 694

24 Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias....... 707 24.1 Princípio de Funcionamento das Eclusas de Navegação.......... 707 24.1.1 Considerações gerais........................................................ 707 24.1.2 Critérios de projeto............................................................718 24.2 Dimensões Típicas das Eclusas Brasileiras................................ 723 24.3 Segurança nas Eclusagens.......................................................... 725 24.4 Equipamentos das Eclusas de Navegação.................................. 728 24.4.1 Considerações gerais....................................................... 728 24.4.2 Portas............................................................................... 728 24.4.3 Válvulas.............................................................................731 24.5 Funcionamento Hidráulico das Eclusas......................................731 24.5.1 Considerações gerais........................................................731 24.5.2 Descrição do escoamento de enchimento......................731 24.5.3 Condições de aproximação ao emboque da tomada d’água.................................................................. 733 24.5.4 Condições de escoamento nos aquedutos das válvulas............................................................................ 736 24.5.5 Condições de distribuição das vazões nos aquedutos de alimentação................................................................ 736 24.5.6 Manobras das válvulas.....................................................740 24.6 Capacidade de Tráfego das Eclusas.............................................741 24.6.1 Considerações gerais.........................................................741 24.6.2 Estimativa da capacidade de tráfego das eclusas...........741 24.6.3 Fatores a considerar no tempo de transposição total......742 24.6.4 Estimativa do esforço num cabo de amarração..............742 24.6.5 Pré-dimensionamento de frota numa hidrovia...............743 25 O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea...........................745 25.1 Considerações Gerais....................................................................745 25.2 A Aquavia como Instrumento de Transporte..............................746 25.3 O Vetor d’Água...............................................................................747 25.4 A Luta contra as Inundações........................................................747 25.5 Atividades Relativas à Aquavia....................................................747 25.6 O Papel da Aquavia no Desenvolvimento Territorial Sustentável.....................................................................................748 25.7 O Exemplo das Hidrovias Europeias Consolidadas....................749 25.8 A Consistência da Aquavia no Brasil...........................................761

Bibliografia ....................................................................................................... 763

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XXVI

Obras e Gestão de Portos e Costas

Complexo Portuário de Tubarão da Vale, em Vitória (ES).

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PANORAMA HIDROVIÁRIO E DO GERENCIAMENTO COSTEIRO NO BRASIL

Proêmio 1

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Panorama Hidroviário Nacional

Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional 19

Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem 23

Marinas e Atracadouros Pesqueiros

02.02.09 15:41:13

28 1 – Leste da América do Sul e Caribe 2 – Oeste da América do Sul 3 – Leste da América do Norte e Caribe 4 – Golfo do México 5 – Oeste da América do Norte 6 – Oeste da África 7 – África do Sul 8 – Leste da África 9 – Norte Europeu 10 – Mediterrâneo 11 – Oriente Médio 12 – Extremo Oriente 13 – Oceania

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

9 4

10 12

5 1

8 6 2 1

7 13

Figura 21 Rotas marítimas de cabotagem e longo curso a partir do Porto de Santos.

3.1.1 Sustentabilidade da cabotagem A partir de pesquisas de transbordo e tonelagens movimentadas comparativamente entre os portos (ver Fig. 22), é possível evidenciar as potencialidades de cada estrutura e logística portuárias. De fato, as pesquisas de janeiro a junho de 2003, em linhas de navegação, confirmam o potencial do Porto de Santos como porto concentrador de carga, com 5.659 transbordos – 53% do total de 10.827 TEU – dessa operação realizados entre os portos de Fortaleza e Buenos Aires. Na mesma figura, apresentam-se os dados de pesquisa sobre movimentação de contêineres pelas linhas de navegação que operaram no Porto de Santos em janeiro de 2004, cuja operação consegue atingir até 100 TEU/h. Os navios para efetuarem essa operação poderiam situar-se entre 500 e 2.500 TEU (em média, 15 t/TEU), enquanto os de longo curso situam-se acima de 3.500 TEU, até os maiores de mais de 8.000 TEU. Em 2004 havia no mundo 3.300 navios porta-contêineres em operação, totalizando capacidade global para 7,2 MTEU, com crescimento acentuado de encomendas de navios acima de 8.000 TEU, o que agregará nos próximos anos mais 1 MTEU ao total global. Assim, as exigências de profundidades de 14,5 a 16 m em canais, bacias e berços, bem como largura de retroárea mínima de 500 m, passam a ser mandatórias para os portos concentradores. Na atualidade, as rotas de longo curso de mínimo frete serpenteiam em torno do Trópico de Câncer. Em cada situação, devem ser consideradas as políticas de sustentabilidade da navegação de cabotagem, conforme elencado a seguir: • vinculação das linhas de cabotagem às expressas de longo curso; • consequente redução de até 50% do tempo de viagem dos navios do Atlântico Norte com a redução de escalas; • crescimento do faturamento e consequente absorção da pernada de cabotagem dentro do frete de longo curso; • favorecimento para implantação e crescimento do Feeder Service;

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hidrÁULica marÍTima

Parte

1 Hidrodinâmica das Ondas do Mar 37 2 Marés e Correntes 81

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3 Processos Litorâneos

131

4 Hidráulica Estuarina

185

02.02.09 15:48:41

marés e correntes

Capítulo

2.1 DINÂMICA DA MARÉ ESTUARINA 2.1.1 Considerações gerais sobre a maré astronômica •

Características principais

As características principais da maré astronômica podem ser sintetizadas pela sua periódica e previsível, usualmente, regular oscilação do nível d’água, de variável magnitude em altura e com período usual mais comum de 12, 42 h (semidiurna), correspondendo, portanto, a uma onda de longo período. A subida e a descida do nível do mar, respectivamente denominadas de enchente e vazante, estão associadas com correntes de maré com estofas de defasagem variável com a preamar e baixa-mar, dependendo das condições locais. A causa primária da maré é a complexa variação da atração gravitacional da Lua e do Sol sobre as massas líquidas, por causa da contínua mudança da posição relativa dos astros, balanceada pela centrífuga dos sistemas Terra-Lua e Terra-Sol. A terminologia geral associada à onda de maré — na Fig. 2.1(A) está esquematizada uma composição de onda de maré para o Porto de Santos (SP) — é apresentada a seguir: •

•

• • • • •

 = f (x, t): a variação do nível d’água apresenta forma próxima de uma senóide ou composição harmônica de curvas senoidais do tipo  = 0 cos(kx – t); 0: amplitude da maré, sendo o desnível entre preamar e baixa-mar a altura da onda de maré; na prática corrente no Brasil, dá-se o nome de amplitude à altura da maré; c: celeridade ou velocidade de fase da onda de maré; T: período da onda de maré; : comprimento da onda de maré; k = 2/: número de onda;  = 2/T: frequência angular.

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131

processos litorâneos

Capítulo

3.1 INTRODUÇÃO A dinâmica do movimento dos sedimentos costeiros começou a ser mais intensamente estudada em 1950. Do ponto de vista da Engenharia Costeira, a importância do tema é muito grande para a solução de problemas práticos relevantes, como o assoreamento de bacias portuárias e as erosões de praias em áreas de elevado valor social e/ou econômico. Não muito tempo atrás, a maioria das obras costeiras era feita por tentativas, em razão da insuficiência do conhecimento relativo à mecânica dos processos litorâneos. Os processos litorâneos ligados à morfologia costeira e do fundo do mar resultam da combinação de forças naturais (ligadas a ondas, correntes, ventos e tectônicas) e antrópicas (ligadas à ação humana, principalmente em obras de Engenharia Costeira) nas formações geológicas expostas. Muito frequentemente, a costa é formada por material arenoso, que responde de modo bem rápido a estas ações por meio do fenômeno de transporte de sedimentos. As costas rochosas respondem geralmente muito mais lentamente a tais influências e, por isso, interessam mais aos geólogos do que aos engenheiros civis. A contínua ação dos movimentos do mar sobre a costa, que determina o clima de ondas e a intensidade e direção das correntes, varia em muitas escalas de tempo, de segundos até milênios. Também o suprimento de sedimentos é irregular no tempo e no espaço. Portanto, a qualquer instante, a formação e a composição granulométrica da costa e do fundo do mar apresentam um padrão complexo que tende para um equilíbrio dinâmico, o qual se insere num período mais amplo correspondente à era geológica. Assim, o equilíbrio das praias é, em geral, um equilíbrio dinâmico, isto é, grandes quantidades de areia encontram-se normalmente em movimento, mas de tal forma que a quantidade de material que entra numa área em um intervalo de tempo dado é igual, em média, à quantidade que dela sai no mesmo intervalo de tempo. A posição da linha média da costa é relativamente estável por um período de meses ou anos, enquanto a posição instantânea sofre oscilações de curto período.

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185

hidráulica estuarina

Capítulo

4.1 DESCRIÇÃO GERAL DAS EMBOCADURAS MARÍTIMAS 4.1.1 Definição generalizada de estuário e a importância do seu estudo 4.1.1.1 Definição clássica de estuário A definição clássica de estuário pode ser considerada a proposta por Cameron e Pritchard (1963, apud Kjerfve, 1985), os quais conceituaram estuário como um corpo d’água costeiro: • • • •

semifechado; que possui livre conexão com o mar aberto; com salinidade (‰ ou g/L) mensuravelmente diluída pela água doce oriunda da drenagem hidrográfica; com dimensões menores do que mares fechados.

Na prática, essa definição muito restritiva pode abranger funcionalmente: • • •

baías sujeitas a marés; trechos fluviais sujeitos a marés; trechos costeiros sujeitos a vazões fluviais.

4.1.1.2 Importância de estudar águas estuarinas As águas estuarinas constituem-se em áreas de grande importância socioeconômica e ambiental, e seu gerenciamento deve estar embasado nos princípios do desenvolvimento sustentável.

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hidrÁuLica fLuviaL

Parte

5 Transporte de Sedimentos — Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

253

255

6 Transporte de Sedimentos — Início do Movimento/ Conformações de Fundo/Rugosidade 273 7 Transporte de Sedimentos — Arrastamento de Fundo e em Suspensão 283 8 Morfologia Fluvial – Princípios 289 9 Morfologia Fluvial — Características Planialtimétricas dos Cursos d’Água de Planície Aluvionar 301

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273

transporte de sedimentos Capítulo – início do movimento, conformações de fundo, rugosidade 1

6.1 HIDRÁULICA DOS ESCOAMENTOS COM FUNDO MÓVEL 6.1.1 Lei de distribuição de velocidades A forma do perfil de velocidades (v) em profundidade (y crescente a partir do leito) em escoamento turbulento rugoso obedece a uma tendência, que pode ser aproximada pela lei logarítmica de velocidades:

V2 > V1

V3 > V2

V4 > V3

V5 > V4

1, 2 4e

v 2, 3 y = log + 8, 5 u* k ks sendo: v: velocidade local do escoamento à distância y do fundo

u* =

γ hJ : velocidade de atrito do escoamento (: peso específico da água, ρ

massa específica da água, h: lâmina d’água, J: declividade da linha de energia) k: constante de Von Karman (= 0,4 em água límpida/= 0,2 em água muito turva) ks: rugosidade equivalente do leito Esta lei tem sido verificada por diversos autores em observações de campo, e os maiores desvios em relação às medições ocorrem mais próximos da superfície livre, em razão do atrito do escoamento com o ar.

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02.02.09 16:09:16

283

transporte de sedimentos – arrastamento de fundo e em suspensão 2

5 6 7 891

Capítulo 2

5 6 7 891

8 6 5 4 3

Diâmetro nominal (mm)

5 6 7 891

Fator de * forma 0,5

F fo

1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

7.1 CAPACIDADE DE TRANSPORTE POR ARRASTAMENTO DE FUNDO 0,1

• • •

F.F. 0,5

30 °C 40 °C

20 °C

0 °C 10 1 0,1

10 °C

30 °C 40 °C

20 °C

10 °C

30 °C 40 °C

20 °C

10 °C

0 °C

•

0 °C

,08

Têm sido propostas várias fórmulas para o cálculo da capacidade de transporte só,06 ,05 relações em jogo, não lido por arrastamento, no entanto, dada a complexidade das ,04 absolutamente geral. se conseguiu elaborar uma expressão analítica de aplicação 0,2 1 0,1 Na realidade, muitas das formulações não diferem essencialmente na sua estrutura, podendo-se atribuir a diversidade eventual de resultados ao fato de as várias expressões somente serem válidas dentro das condições experimentais que serviram de base para o seu estabelecimento. De um modo geral, os métodos utilizados para derivar as várias formulações existentes podem ser assim subdivididos:

F.F. 0,7

Velocidade de queda (cm/s)

Tipo Du Boys: Qsf = f(0 – 0c), em que Qsf corresponde à vazão sólida de fundo. Tipo Schoklitsch: Qsf = f(Q). Tipo Einstein: Qsf = f (análise dimensional e/ou estatística). Combinação de processos.

Quando se procura determinar a função entre qsf = f(q), isto é, entre vazões sólidas e líquidas específicas (por unidade de largura do escoamento), a partir de várias fórmulas, depara-se geralmente com uma dispersão, mas os resultados de observações realizadas em vários cursos d’água naturais permitem concluir que a lei de variação é, muitas vezes, aproximadamente da seguinte forma: qsf = aqb sendo a e b constantes com valores dependentes das condições particulares de cada caso. A constante b, contudo, não varia muito, estando em geral compreendida entre 3 e 4. A representação dos valores observados de vazões sólidas e líquidas num gráfico de curva-chave sólida de coordenadas logarítmicas permite determinar os valores de a e b.

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100 10 1

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289

morfologia fluvial – princípios

Capítulo

8.1 INTRODUÇÃO A Morfologia Fluvial é o ramo da Hidráulica Fluvial que estuda a formação, evolução e estabilização dos cursos d’água naturais produzidas pelo escoamento líquido, sendo um ramo da Geomorfologia, parte da Geologia que estuda a evolução da superfície terrestre ao longo das eras geológicas. À medida que o desenvolvimento da ocupação das bacias hidrográficas avança, induzindo crescentes alterações no transporte de sedimentos e, por consequência, no comportamento dos rios, o conhecimento da Morfologia Fluvial torna-se essencial para as obras de Engenharia Fluvial ligadas à navegação interior, por sistematizar conceitos fluviais fundamentais. Fundamentalmente, a bacia hidrográfica pode ser subdividida morfologicamente (ver Fig. 8.1) em: •

Alta bacia ou curso superior

No trecho inicial ou de cabeceiras, o rio tem alta declividade do perfil longitudinal e o escoamento fluvial é de alta velocidade, transportando cargas sedimentares mal selecionadas (bem graduadas, de argilas a grandes blocos) num leito normalmente acidentado e em aprofundamento. A tendência erosiva conduz à redução das declividades a partir do nível de base a jusante, produzindo leito retilíneo e vale encaixado, mesmo porque a menor área da bacia hidrográfica contribuinte corresponde a um menor aporte sedimentar.

•

Média bacia ou curso médio

Neste trecho de média declividade do perfil longitudinal, a velocidade é relativamente menor do que no curso superior e o rio tende a um perfil de equilíbrio com moderada sinuosidade. O rio tende a continuar aprofundando-se no vale, desenvolvendo trabalho de modelação das margens não consolidadas, as quais deslizam pela ação da corrente e desgastam-se pela abrasão com os materiais carreados. Sendo maior a contribuição da bacia hidrográfica, as vazões são maiores e, nos lugares onde o leito se alarga, decresce a velocidade das correntes e formam-se bancos ou ilhas, por causa da perda de competência na capacidade de transporte das correntes e/ou pela presença de níveis de base.

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301

morfologia fluvial – características planialtimétricas dos cursos d’água de planície aluvionar

Capítulo

9.1 LEIS DE FARGUE Os estudos realizados no fim do século XIX e início do século XX por Fargue no trecho de planície aluvionar do Rio Garonne (França), com largura média de 100 a 150 m, vazão média de 275 m3/s e máxima de 4.450 m3/s, para meandros suaves com amplitudes entre 150 e 200 m e comprimentos de onda de 922 a 1.670 m, permitiram o enunciado de uma série de leis empíricas, que foram verificadas como válidas para meandros regulares e norteiam a implantação de obras de melhoramento fluviais. Segundo Fargue, um curso d’água é composto somente por curvas (ver Figs. 9.1 a 9.8), as quais se estendem de um ponto de inflexão (curvatura nula) – que divide dois trechos com curvaturas opostas, ou surflexão, que separa dois trechos de curvaturas diversas no mesmo sentido – a outro ponto. A cada ponto de inflexão ou surflexão corresponde uma soleira (ponto de mínima profundidade), e a cada vértice, ponto de máxima curvatura, corresponde uma fossa ou sorvedouro (ponto de máxima profundidade relativa). As leis de Fargue são as seguintes: •

Lei do talvegue: a linha de máxima profundidade (talvegue) ao longo do curso d’água tende a se aproximar da margem côncava, e o material ali escavado se deposita na margem convexa (ver Figs. 9.2 e 9.6).

•

Lei do afastamento: as profundidade máximas das fossas (sorvedouros) na margem côncava e mínimas (soleiras) nas inflexões correspondem aos vértices das curvas e inflexões, respectivamente, deslocados ligeiramente para jusante (aproximadamente, 0,25 B) por efeito de inércia (ver Figs. 9.5 a 9.8).

•

Lei da fossa (sorvedouro), ou do fundo: a profundidade é tanto maior quanto maior for a curvatura no talvegue (1/R) correspondente (maior efeito erosivo).

•

Lei do desenvolvimento: as leis têm validade para as curvas de desenvolvimento médio do curso d’água, isto é, nem muito longas, nem muito curtas com relação à largura do canal (3 B < R < 6 B e 5 B < L < 11 B).

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oBraS portuáriaS e CoSteiraS

Parte

307

10 Aranjo Geral Portuário 309 11 Dimensões de Canais e Bacias Portuários 331 12 Obras de Abrigo Portuárias – Quebramares, Guias-correntes e Espigões 349 13 Obras de Abrigo Portuárias –Dimensionamento/Perfis Transversais/Cotas 367 14 Obras Portuárias Internas – Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios 381 15 Obras Portuárias Internas – Instalações de Movimentação e Armazenamento de Cargas 433 16 Organização, Gerenciamento e Operação Portuária 477 17 Obras de Defesa dos Litorais – Tipos de Obras 495 18 Obras de Defesa dos Litorais – Estimativa do Impacto sobre a linha de Costa 519 19 Obras Estuarinas 535 20 Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento ambiental 553

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309

arranjo geral portuário

Capítulo

10.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE PORTOS 10.1.1 Definição O conceito atual de porto, elo de importância na cadeia logística como terminal multimodal, está ligado a: •

Abrigo

Condição primordial de proteção da embarcação-tipo de ventos, ondas e correntes, em que se possa ter condições de acesso à costa (acostagem), visando a movimentação de cargas ou passageiros, por meio de obra de acostagem que proveja pontos de amarração para os cabos da embarcação, garantindo reduzidos movimentos e com mínimos esforços de atracação durante a operação portuária. •

Profundidade e acessibilidade

A lâmina d’água deve ser compatível com as dimensões da embarcação-tipo (comprimento, boca e calado) no canal de acesso, bacias portuárias (de espera ou evolução) e nos berços de acostagem. •

Área de retroporto

São necessárias áreas terrestres próprias para movimentação de cargas (armazenagem/estocagem/administração portuária) e passageiros. •

Acessos terrestres, aquaviários e aeroviários

São necessários acessos terrestres (rodoviários e/ou ferroviários e/ou dutoviários), aquaviários (hidroviários) e aeroviários para prover eficientemente a chegada ou retirada de cargas e passageiros no porto, considerando a localização dos polos da infra-estrutura de produção e urbana. Nesta logística, deve-se dispor de apropriada infovia para o controle das operações.

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331

dimensões de canais e bacias portuários

Capítulo

11.1 CANAIS DE ACESSO 11.1.1 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 que inclui aspectos relacionados à maré local, bem como efeitos de onda, squat (afundamento dinâmico paralelo acrescido ao trim, que é o afundamento da proa e da popa), calado estático da embarcação-tipo – que no presente caso será considerado aquele extremo, ou seja, o valor de calado em condições de pleno carregamento –, além da variação da densidade e eventuais margens de segurança envolvendo esses mesmos itens. A representação esquemática desses componentes está sintetizada na Fig. 11.1. Em relação a esses aspectos, algumas considerações se fazem necessárias: •

Maré

A influência desse fator é notória, uma vez que determina a situação crítica sob a qual se dará a obtenção da profundidade requerida pela embarcação. Nesse caso, tomar-se-á como valor característico aquele correspondente à menor baixa-mar, incluindo efeito meteorológico, pois se apresenta como a situação mais desfavorável, ou seja, máxima diminuição da profundidade disponível.

• • • •

Tolerância para incertezas no nível d’água Variação de maré durante a travessia do canal Calado estático da embarcação-tipo Variação de densidade

Leva em conta eventuais variações da densidade da água, uma vez que o afundamento aumenta com água de menor densidade.

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349

obras de abrigo portuárias Capítulo – Quebra-mares, guias-correntes e espigões

12.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE AS OBRAS DE ABRIGO 12.1.1 Função A função das obras de abrigo é a criação de área protegida contra as ondas de gravidade geradas pelo vento (quebra-mares, molhes ou molhes guias-correntes) ou correntes (espigões).

12.1.2 Finalidades As finalidades de implantação de obras de abrigo podem ser: •

Criação de uma bacia portuária. Os quebra-mares (isolados da costa) e molhes (enraizados na costa) abrigam a bacia portuária da agitação ondulatória, enquanto os espigões são obras corta-correntes.

•

Proteção do canal de acesso de portos situados em embocaduras costeiras, quando se denominam de molhes guias-correntes, por se desenvolverem a partir da costa até atingirem profundidades compatíveis com as exigências de navegação. Nesses casos, proveem:

•

manutenção dos fundos por preservarem correntes de maré com competência para assegurar as profundidades, garantindo mínimas necessidades de dragagens;

•

estabilidade da embocadura por interceptarem o transporte de sedimentos litorâneo da zona de arrebentação;

•

abrigo do canal de acesso.

Defesa do litoral contra a erosão provocada pelas ondas (quebra-mares isolados e espigões de praia).

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367

obras de abrigo portuárias Capítulo – dimensionamento, perfis transversais, Cotas

–4

–5

Rio Sergipe

Ara ca ju

aia Pr

a nt Sa

l be Isa

Terminal Portuário de Sergipe

–6

–7

–8

Ponte de Acesso –8

13.1 ANTEPROJETO DE QUEBRA-MAR DE TALUDE 13.1.1 Características gerais da seção transversal Constituem-se em maciços com camadas graduadas de blocos (ver Figs. 13.1 e 13.2): •

PA > PI > PN (uma ou mais camadas de filtros).

•

Critérios de filtro entre camadas visando evitar: perda de finos do núcleo (principalmente no down-rush da onda) acarretando acomodações excessivas das camadas; excessiva penetração da energia das ondas por causa da permeabilidade do maciço.

–9

–9 Píer –10 0 50 100

–10

200 m

Quebra-mar de berma

Segundo Terzaghi: D15 (superior) # 4 D85 (inferior). D15 (superior) $ 4 D15 (inferior). •

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, diminuindo a altura e o volume da crista e permitindo a passagem de veículos e tubulações sobre a crista.

•

Camadas de filtros e núcleo (infraestrutura).

•

Dimensionadas para o aproveitamento ótimo do volume disponível de blocos.

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381

obras portuárias INternas Capítulo – Tipos de estruturas acostáveis e acessórios

14.1 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 em razão do impacto das embarcações e dos esforços nos cabos de amarração das embarcações atracadas. Cargas verticais concentradas por causa dos 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; são 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 e/ou ataque ácido de micro-organismos sobre os materiais de construção, como ocorrido no Porto de Vila do Conde (PA).

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384

Obras Portuárias Internas — Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios Área da CVRD

Transp. TR-32.402

C L

C L Caminho de rolamento comp. 191.933 C L Carregador de navios CN-32.401 C L Caminho de rolamento comp. 204.163

C L

T. C. da lança C L

CL te on CL P de o ess ac

C L TC TR-32.402

C L

Carregador ancorado

via

o Tub

Casa de transferência 8.350

T.C. Inter.

C L TC TR -324-0 1 Subestação nº 2 e Torre de Transferência

40.000

80.000

7.525

15.800 1.050.010.500

80.000 Posição da lança para atracação do navio e manutenção C L Trilho do carregador

2.500 14.000 24.850

80.000 Barra de ancoragem do carregador

825

30.848

4.667 9.333

te or

10.858

T.C. inter. e carregador

7.000

Área da Emap

Tambores: 243.957 (horizontal) C L a C L Curso máximo do carregador de navios: 179.623

áx 65 º .

Navio Santos Dumont 107.500 (7.500 tpb) Área de carregamento

195.000

Medidas em milímetros Cotas DHN-MB

Navio Daiko Maru 280.000 (150.000 tpb)

Figura 14.2 Píer II do Complexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA).

DZ 11,00 (curso de telescopagem)

+25,442

Cabeço de amarração +8,00

N.A. mín.

16,858

14,000

4,667

4,65

7,525

3,85

N.A. máx.

150.000 tpb (lastro)

2,40

Medidas em metros Cotas DHN-MB

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150.000 tpb (Carga plena)

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obras portuárias Capítulo internas – instalações de movimentação e armazenamento de cargas

15.1 INTRODUÇÃO Os requisitos funcionais das embarcações, da movimentação de carga e do armazenamento devem estar de acordo com o peso, a distribuição de carga, a dimensão e a capacidade de manobra do equipamento de movimentação de carga, o qual, por seu turno, influencia no arranjo e projeto de estruturas, fundações e pavimentos. De forma semelhante, instalações fixas influem na escolha do equipamento de movimentação de carga, e a unitização da carga influi na escolha do equipamento de movimentação e nas instalações de armazenamento. No arranjo e projeto de instalações fixas, bem como na escolha do equipamento, deve-se privilegiar, tanto quanto possível, a utilização com múltiplas finalidades, com exceção de instalações nitidamente especializadas. Os sistemas de movimentação de carga e as instalações de armazenamento devem ser projetados 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, pois as instalações de armazenamento devem estar o mais próximo possível porque os custos de movimentação horizontal de carga são elevados. A carga é movimentada pelos guindastes das embarcações (paus de carga), pelos guindastes do porto, ou cábreas (guindastes flutuantes operando a contrabordo da embarcação) em vários pontos do cais ao longo do comprimento da embarcação (em correspondência aos porões), estando associada a um percurso de transporte horizontal no porto. Portanto, um berço de carga geral é normalmente uma estrutura continuamente conectada à terra 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 conecta 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 elementos discretos conectados

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organização, gerenciamento e operação portuária

Capítulo

16.1 MODELOS DE POLÍTICA PORTUÁRIA 16.1.1 Considerações gerais Para caracterizar os modelos de política portuária, deve-se considerar duas questões principais: • •

A propriedade, ou controle sobre o porto. Os portos públicos são denominados de portos organizados, distinguido-se dos terminais privativos. A abrangência e o perfil das atividades desenvolvidas pela autoridade portuária.

Nas Figs. 16.1 e 16.2 estão os principais portos marítimos, fluviais e terminais hidroviários do Brasil. Até 1990, o sistema portuário brasileiro era altamente centralizado, concentrando numa empresa da União (Portobrás) todas as atividades de planejamento, investimento e regulamentação, com caráter de serviço público. Em 1990, com a extinção da Portobrás e o acirramento da discussão sobre a política portuária nacional, iniciou-se um processo de transição, a partir da Lei nº 8.630/93.

16.1.2 Modelos de controle portuário 16.1.2.1 Controle da União O modelo de controle pela União, embora apresente as vantagens de um planejamento centralizado, em termos de possibilidade de maior racionalidade nos investimentos, da disponibilidade de recursos e da adequação do sistema tarifário, tende a gerar ineficiência em razão da complexidade administrativa – envolvendo departamentos de vários ministérios –, das influências e da eventual falta de competição.

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obras de defesa dos litorais – tipos de obras

Capítulo

17.1 INTRODUÇÃO 17.1.1 Erosão costeira A erosão costeira é o conjunto de processos em que é removido mais material da praia do que suprido, em consequência à quebra do equilíbrio dinâmico original, e um dos principais problemas mundiais do ponto de vista da preservação do solo. De fato, nas zonas densamente povoadas, com infraestruturas urbanas, industriais e turísticas de alto valor econômico, a erosão costeira representa custos sociais, ambientais e econômicos muito elevados.

17.1.2 Obras de defesa dos litorais As obras de defesa dos litorais são intervenções estruturais cujas funções são agir no balanço do transporte sólido, favorecer a estabilização ou a ampliação da linha de costa, e defendê-la contra a erosão. Os requisitos básicos no projeto das obras de defesa dos litorais são: • • •

econômicos, de análise custo-benefício; ambientais, ligados a questões socioeconômicas, ecológicas e estéticas; mínima influência nas áreas adjacentes. Definir a obra mais conveniente em cada caso é muito complexo:

• • • •

exige apurado estudo e ponderação, sendo frequente o recurso a modelos físicos e matemáticos; obras mal estudadas ou improvisadas correm o risco de agravar a erosão na área ou nas adjacências; é importante a coleta de dados sobre o comportamento de obras costeiras nas proximidades; o comportamento da obra deve ser avaliado nas situações extremas e nas dominantes.

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obras de defesa dos litorais — estimativa do impacto sobre a linha de costa

Capítulo

18.1 ESPIGÕES 18.1.1 Descrição conceitual do impacto sobre a linha de costa Um espigão isolado, longo ou curto, numa costa exposta a clima de ondas ligeiramente oblíquo à linha de costa, produz erosão a sotamar. Visando estender o comprimento da área protegida, e compensar a erosão na região de sombra a sotamar, é prática normal a implantação de uma série de espigões ao longo da linha de costa, formando o campo de espigões. Na Fig. 18.1 está simulada a evolução da linha de costa numa condição de largura de 400 m da zona de arrebentação e espraiamento para os seguintes casos: •

Três espigões longos, abrangendo toda a largura da zona de arrebentação, com espaçamento de 600 m, isto é, 1,5 vez o comprimento dos espigões.

•

Três espigões longos, abrangendo toda a largura da zona de arrebentação, com espaçamento de 1.200 m, isto é, 3 vezes o comprimento dos espigões.

•

Três espigões curtos, abrangendo metade da largura da zona de arrebentação e espraiamento, com espaçamento de 600 m.

•

Três espigões curtos, abrangendo metade da largura da zona de arrebentação e espraiamento, com espaçamento de 1.200 m.

A capacidade do campo de espigões de proteger um determinado trecho da linha de costa depende de vários fatores: •

Clima de ondas: rumo e intensidade.

•

Comprimento do espigão.

•

Espaçamento e tempo de enchimento em campos de espigões implantados numa só etapa.

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obras estuarinas

Capítulo

19.1 PRINCÍPIOS DAS OBRAS DE CONTROLE E APROVEITAMENTO DOS ESTUÁRIOS 19.1.1 Princípios gerais 19.1.1.1 Comportamento de circulação estratificação Consideração importante para o gerenciamento estuarino está no comportamento de circulação estratificação. Assim, de acordo com a classificação já vista em Hidráulica Estuarina, tem-se: •

Classe 4 Trata-se de estuário altamente estratificado (em cunha salina), onde é mínima a troca de água vertical.

•

Classes 3 e 2 Trata-se de estuário com circulação gravitacional clássica, com melhor qualidade de água do que a anterior, parcialmente estratificado (classe 3) e parcialmente misturado (classe 2).

•

Classe 1 Trata-se do estuário verticalmente homogêneo, bem misturado.

As obras de controle e aproveitamento estuarino podem alterar o comportamento da circulação estratificação da seguinte forma: •

Aprofundamento por dragagem nos canais

Produz a tendência de aumento da estratificação, da classe 1 para 2/3 ou da 2/3 para a 4. Com isso, há uma piora da qualidade da água e cria-se uma limitação quanto à estabilização econômica do canal. De fato, o aprofundamento máximo estável economicamente situa-se em torno a 50% da profundidade média natural original, a qual se situa na mesma categoria, ou numa acima, se considerarmos o critério de Bruun para a estabilidade de embocadura. Na

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emissários submarinos, Capítulo dispersão de efluentes e processo de licenciamento ambiental

20.1 EMISSÁRIOS SUBMARINOS A dispersão oceânica de efluentes, seja esgoto doméstico ou água de processamento industrial, constitui-se, em muitos casos, na solução adotada para o destino final de efluentes através da descarga submersa. Na Tab. 20.1 está apresentada a composição típica de esgoto doméstico não tratado. Na Tab. 20.2 estão os limites estabelecidos pela resolução Conama nº 357/2005 para a classificação da balneabilidade das praias, segundo a qualidade da água para fins de recreação de contato primário, como natação, mergulho, esqui aquático etc. As análises devem ser efetuadas em 5 semanas consecutivas, sendo as três categorias iniciais consideradas próprias. As correntes de maré e induzidas pelo vento são responsáveis pela dispersão. A Fig. 20.1 apresenta a comparação entre o processo de tratamento convencional de esgoto e a disposição oceânica, conforme esquematizado na Fig. 20.2. A dispersão oceânica compõe-se da advecção e da difusão, fenômenos que no corpo receptor marítimo encontram grande capacidade diluidora no chamado campo afastado, cuja densidade é inferior à da água salgada por ser constituído de efluentes de água doce com carga bacteriana associada. Este efluente, ao ser lançado no fundo do mar, é submetido a uma dispersão forçada inicial, no chamado campo próximo, promovido pelo empuxo positivo que produz uma pluma ascendente do efluente. É desejável que a diluição no campo próximo, comandada pela hidráulica do difusor do emissário, reduza em pelo menos 100 vezes a concentração bacteriana da saída do difusor. A existência de uma Zona de Mistura Legal constitui-se numa região onde os parâmetros dos contaminantes ainda se encontram em concentrações mais elevadas do que o permitido para a finalidade de uso do corpo receptor, mas que é reconhecidamente uma zona de sacrifício. Quanto mais apropriadamente dimensionado o emissário, menor esta região e o risco de ela afetar negativamente as regiões próximas que exigem melhor qualidade da água. Para esse dimensionamento, é de fundamental importância o conhecimento da dinâmica dos processos litorâneos ao longo do ano.

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dragagem e derrocamento

Capítulo

21.1 DRAGAGEM 21.1.1 Introdução O serviço de dragagem consiste na escavação e remoção (retirada, transporte e deposição) de solo, rochas decompostas ou desmontadas (por derrocamento) submersos em qualquer profundidade e por meio de variados tipos de equipamentos (mecânicos ou hidráulicos) em mares, estuários e rios. Neste item estão consideradas somente as dragagens em lâminas d’água de até cerca de 30 m de profundidade para fins de navegação. As dragagens fluviais envolvem normalmente menores volumes do que as marítimas, pois as profundidades são reduzidas (abaixo de 5 m), e são realizadas somente sob a ação de correntes, o que reduz o porte dos equipamentos. Dependendo da largura do canal fluvial, pode ser realizada a escavação a partir da margem por escavadeiras, embora preponderem os equipamentos flutuantes. As dragagens de implantação, efetuadas para a implantação de um determinado gabarito geométrico (profundidade, largura e taludes), diferem das dragagens de manutenção, efetuadas sistematicamente para manter o gabarito. De fato, as primeiras acarretam um maior volume de serviço, uma vez que na implantação existe a necessidade da acomodação do terreno virgem ao gabarito imposto, estando sujeita a deslizamentos de taludes até se conseguir a estabilidade das rampas. O objetivo de gestão de curto prazo de uma dragagem consiste na escavação de material de acordo com um determinado gabarito de navegação especificado. Assim, na Fig. 21.1 apresentam-se curvas características de assoreamento no Canal de Acesso ao Porto de Santos (SP), levantadas após as dragagens de manutenção feitas em 1973, 1974 e 1975, sendo esquematizadas as curvas de evolução temporal do alteamento dos fundos em função das cotas finais de dragagem. O objetivo de gestão de longo prazo de uma dragagem diz respeito à localização do despejo dos dragados (bota-fora) de modo a compatibilizar os aspectos técnico-econômicos, economicamente evitar o retorno dos materiais dragados, e ambientais (ver Fig. 21.2). A gestão

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dimensões básicas das hidrovias e obras de melhoramento para a navegação

Capítulo

22.1 EMBARCAÇÕES FLUVIAIS 22.1.1 Características das embarcações fluviais A tendência atual para as embarcações fluviais é a de utilização de comboios de empurra, compostos por rebocador empurrando chatas, com as maiores dimensões compatíveis com a via, e automotores. Tem-se buscado também a padronização das dimensões, visando a otimização das obras hidroviárias, a navegação ininterrupta com balizamento adequado, e a unificação da carga geral com contêineres. As dimensões das embarcações fluviais estão ligadas às características da hidrovia (dimensões, correnteza e obras), características da embarcação (tipo de carga, capacidade de carga, local de operação, manobrabilidade e velocidade), e forma hidrodinâmica. Da análise econômica operacional de minimização dos custos totais por tonelada (soma dos parciais investidos na hidrovia e na embarcação) carregada em função da tonelagem da embarcação resulta a embarcação adotada. As características das embarcações são sintetizadas em: •

Comprimento (L): corresponde à distância entre as verticais que passam pelos extremos de popa e proa.

•

Boca (B): corresponde à distância entre as verticais tangentes aos extremos de bombordo e boreste da seção-mestra (maior transversal).

•

Calado (T): corresponde à distância entre a quilha e a linha d’água da seção- -mestra.

•

Pontal (P): corresponde à altura entre a quilha e o convés principal.

•

Deslocamento total, correspondente ao peso do volume de água deslocado pela embarcação.

•

Porte bruto ou capacidade de carga: corresponde à diferença entre o deslocamento total e o peso do casco, motor, tripulação e equipamentos. Costuma ser citado em tpb (tonelagem de porte bruto).

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obras de normalização e regularização do leito

Capítulo

23.1 OBRAS DE NORMALIZAÇÃO 23.1.1 Considerações gerais As obras de normalização têm como objetivo o melhoramento geral dos cursos d’água, sendo localizadas em trechos restritos e não alterando significativamente o regime fluvial, e por esses motivos são utilizadas associadas a outros tipos de obras. Assim, destacam-se: • • • • • • •

desobstrução e limpeza; limitação dos leitos de inundação; bifurcação fluvial e confluência de tributários; obras de proteção, ou defesa, de margens; retificação de meandros; obras de proteção de pilares de pontes; dragagens e derrocamentos.

As obras de dragagens e derrocamentos já foram tratadas no Capítulo 21 em função de suas especificidades.

23.1.2 Desobstrução e limpeza Trata-se das operações periódicas de retirada de vegetação, troncos, matacões, restos de construção e outros obstáculos estranhos ao leito da hidrovia visando o restabelecimento das profundidades e larguras naturais. São utilizadas embarcações destocadoras com variados tipos de guindastes.

23.1.3 Limitação dos leitos de inundação Com a finalidade de concentrar o escoamento num leito bem definido para facilitar a navegação, são implantados diques longitudinais impermeáveis – comumente com núcleo de argila – no leito maior, tendo-se o cuidado de drenar as áreas isoladas e de proteger da maior capacidade erosiva das correntes concentradas o leito e margens indicadas.

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eclusas de navegação e capacidade de tráfego em hidrovias

Capítulo

24.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DAS ECLUSAS DE NAVEGAÇÃO 24.1.1 Considerações gerais A eclusa de navegação consiste de uma câmara delimitada por duas portas (de montante e de jusante) que dão acesso às embarcações e na qual, por circuito hidráulico específico, o nível d’água varia entre os níveis extremos de montante e jusante, vencendo o desnível necessário (queda) (ver Fig. 24.1). Figura 24.1 Planta e elevação do arranjo geral de eclusa simples.

Guia de montante Guia de jusante

Planta

Seção transversal

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Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias

Figura 24.4 Vista aérea da eclusa da Barragem Móvel no Rio Tietê em São Paulo (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH)

Figura 24.5 Vista do muro-guia e estacada na Garagem de Espera na Eclusa de Ibitinga na Hidrovia do Rio Tietê (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 24.6 (A) e (B) Trânsito de comboio saindo da Eclusa de Ibitiga na Hidrovia do Rio Tietê (SP) e comboio na estacada de espera. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Nas cabeças de montante e jusante, painéis de vedação tipo comporta ensacadeira (stop-logs) de emergência são dispostos para os eventuais reparos das portas ou quando da necessidade de esgotamento total da câmara (ver Fig. 24.3). Apesar de os progressos tecnológicos permitirem a construção de muros e portas cada vez mais altos, acima de uma certa queda torna-se necessário subdividir o desnível em degraus sucessivos. Nas situações em que o desnível a ser transposto supera o máximo economicamente viável, a eclusa simples supradescrita pode ser

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o papel da aquavia na economia contemporânea

Capítulo

25.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS A globalização da economia, associada ao aumento da competitividade internacional, está se fazendo presente de maneira incontestável, pressionando e descartando os concorrentes que têm seus custos internos elevados para o transporte e a movimentação de matérias-primas e produtos acabados. Neste contexto, o transporte aquaviário é fator indutor do desenvolvimento planejado e abrangente, interligando regiões e proporcionando a movimentação, de maneira segura e econômica, de insumos, produtos e pessoas. Entre todas as infraestruturas de transporte terrestre, unicamente a aquaviária apresenta um aspecto polivalente. Realmente, ela se constitui em: • um instrumento de transporte; • um vetor d´água, isto é, a presença de volumes de água consideráveis que se prestam a diversas utilizações; • luta contra as inundações. Os efeitos da utilização da aquavia se exercem sobre o desenvolvimento das atividades industriais e agrícolas, assim como sobre a urbanização. O transporte aquaviário é, indiscutivelmente, o mais econômico para deslocamento de grandes volumes de carga com baixo valor unitário entre os modais competidores diretos, a ferrovia e a rodovia, desde que ressalvados alguns pressupostos. Assim, os polos de origem ou destino das cargas deverão situar-se próximos a uma aquavia, o que estimula o armazenamento e a produção de mercadorias nas faixas marginais, agregando densidade econômica ao sistema. Sempre que houver a participação conjugada de um outro modal de transporte, torna-se indispensável que as distâncias percorridas pelo modal aquaviário sejam bem superiores às demais. Em decorrência, o aproveitamento aquaviário deve estar inserido em programas mais amplos, considerando a exploração dos recursos minerais, o desenvolvimento agrícola, industrial ou de planejamento estratégico.

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O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

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Figura 25.3 Eclusa com comporta plana levadiça em Ijzer (Bélgica) para compatibilização de níveis d’água. (Santiago, 2003)

Figura 25.4 Eclusa de câmaras múltiplas de Fonserannes (França). (Santiago, 2003)

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EXCELÊNCIA E INOVAÇÃO EM

ENGENHARIA HIDRÁULICA