anÁlise hidrodinÂmica e de padrÕes de transporte de sedimentos e propostas para a recuperaÇÃo...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - UFSC CENTRO TECNOLGICO - CTC

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL - ECV

ANA PAULA SUELI NICOLAU

STEPHANIE THIESEN

ANLISE HIDRODINMICA E DE PADRES DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

E PROPOSTAS PARA A RECUPERAO DA PRAIA DA ARMAO

DO PNTANO DO SUL FLORIANPOLIS/SC

FLORIANPOLIS/SC

2011

Ana Paula Sueli Nicolau Stephanie Thiesen


E PROPOSTAS PARA A RECUPERAO DA PRAIA DA ARMAO DO PNTANO DO SUL FLORIANPOLIS/SC

Trabalho de Concluso de Curso apresentado disciplina ECV 5513 do Curso de Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina como requisito obteno do ttulo de Engenheiro Civil.

Orientador: Profo Marcos Aurlio Marques Noronha, Dr.

FLORIANPOLIS/SC 2011

ANA PAULA SUELI NICOLAU STEPHANIE THIESEN


E PROPOSTAS PARA A RECUPERAO DA PRAIA DA ARMAO DO PNTANO DO SUL FLORIANPOLIS/SC

Trabalho de Concluso de Curso apresentado disciplina ECV 5513 do Curso de Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina como requisito obteno do ttulo de Engenheiro Civil.

Florianpolis (SC), junho de 2011.

______________________________________________

Prof.o Eng.o Civil Marcos Aurlio Marques Noronha, Dr.

Professor Orientador

_____________________________________________

Oceangrafo Rafael Bonanata, M.Sc.

Membro da banca examinadora

_____________________________________________

Eng. Civil Rinaldo Manoel da Silveira


______________________________________________

Oceangrafo Rodrigo Barletta, Dr.


AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Luiz Carlos e Sueli, pelo apoio no somente nesta, mas em toda

minha caminhada

Aos meus queridos irmos, Josiani e Luiz Henrique, por compartilharem sempre

comigo as minhas conquistas

Ao meu namorado Carlo, por toda compreenso, pacincia e incentivo

minha parceira, deste e de muitos outros desafios enfrentados durante a vida

acadmica, pela competncia, garra, companheirismo e amizade

E a todos aqueles que estiveram ao meu lado, me incentivando, dando foras e

acreditando em meu potencial. Ana Paula Nicolau

Vida

famlia (Mami, Papi, Opa, V Juca, Allan, Natlia)

Ao Brian

Ao PET

Aos amigos

parceira de todos os momentos Ana Paula, pela conduta, desempenho, pacincia. Stephanie Thiesen

Ao Professor e orientador Marcos Aurlio Marques Noronha, pela compreenso e

apoio essenciais para a realizao deste trabalho

Ao Luiz Antnio Costa, pela colaborao solcita para realizao desse desafio

E em especial aos novos amigos Rodrigo Barletta e Rafael Bonanata, pela presteza

e apoio incondicional. Profissionais de excelncia sempre dispostos a compartilhar

suas experincias.

Ana Paula Nicolau e Stephanie Thiesen

A mente que se abre a uma nova idia jamais volta ao seu tamanho original.

Albert Einstein

i

RESUMO

Tomando-se conhecimento do severo fenmeno de eroso sofrido pela praia da

Armao do Pntano do Sul, localizada em Florianpolis/SC, durante os meses de

abril e maio de 2010, o presente trabalho teve por objetivo principal entender e

avaliar os processos hidrodinmicos e de padres de transporte de sedimentos

atuantes na regio.

Este estudo de caso considerou em suas anlises a altura significativa de onda,

correntes geradas pelas ondas e o transporte potencial de sedimentos, tanto para a

situao em que a Praia encontra-se atualmente, quanto para implementao de

diferentes tipos de obras rgidas que visem sua recuperao. Para isso,

primeiramente buscou-se compreender o equilbrio em planta da Praia, atravs do

modelo parablico de Hsu, e posteriormente, por meio de modelagens numricas,

traar um modelo conceitual bsico de comportamento da regio.

A influncia de diferentes estruturas rgidas (quebra-mar e espigo) em

posicionamentos diversos possibilitou um conhecimento evolutivo das respostas

hidrodinmicas e de padres de transporte de sedimentos para a rea estudada.

A partir de tal anlise, foi possvel verificar bons resultados na implementao de

estruturas rgidas como campo de quebra-mares e espigo combinados com aterro

hidrulico no flanco curvo da Praia.

Assim, apesar das propostas apresentarem-se em carter conceitual, o trabalho

mostra-se efetivo quando utilizado como ferramenta auxiliar na tomada de deciso.

Palavras-chave: Praia da Armao do Pntano do Sul, Eroso Costeira, Modelo

de funcionamento Hidrodinmico, Interveno.

ii

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Localizao da Ilha de Santa Catarina - Florianpolis ................................. 4

Figura 2: Localizao e extenso da Praia da Armao ............................................. 4

Figura 3: Configurao da Praia da Armao ............................................................. 5

Figura 4: Consequncia dos fenmenos meteorolgicos na Praia da Armao ......... 6

Figura 5: Trecho da praia com eroso acentuada ....................................................... 7

Figura 6: Execuo da obra emergencial na Praia da Armao Dique de

Enrocamento ................................................................................................ 8

Figura 7: Acompanhamento realizado aps a execuo da obra emergencial ........... 8

Figura 8: Direo Predominante dos Ventos ............................................................... 9

Figura 9: Ondgrafo, fundeio e localizao ............................................................... 11

Figura 10: Variao Longitudinal da Morfodinmica da Praia da Armao ............... 14

Figura 11: Vulnerabilidade eroso costeira na Praia da Armao (a) I.V. Anual;

(b) I.V. - Decadal. 1- Altura de onda na quebra; 2- Inclinao de face

litornea; 3- Altimetria mdia da orla; 4- Velocidade residual de corrente

longitudinal; 5- Tamanho mdio de gro da face praial; 6- Declividade

mdia da face praial; 7- Largura mdia de ps praia; 8- Balano Potencial

de Sedimentos .......................................................................................... 17

Figura 12: Variaes temporais na linha de costa na praia da Armao (1938-

2002) ........................................................................................................ 19

Figura 13: Compartimentos de uma praia de enseada ............................................. 22

Figura 14: Definio dos pontos de controle ............................................................. 23

Figura 15: Carta Nutica 1904 .................................................................................. 25

Figura 16: Digitalizao da batimetria, Carta Nutica 1904 Software SMS ............ 26

Figura 17: Espectros - Ondulao de Sudeste .......................................................... 28

Figura 18: Espectros - Vaga de Leste ....................................................................... 29

Figura 19: Espectros - Vaga de Nordeste ................................................................. 30

Figura 20: Lanamento das malhas para ondulaes de: a) Sudeste b) Leste c)

Nordeste ................................................................................................... 32

Figura 21: Definio da direo das ondas dominantes ............................................ 33

Figura 22: Etapas da elaborao do MP. a) Entrada de dados linha de costa e

batimetria b) Lanamento e ajuste do MP c) Praia de Equilbrio ............. 34

iii

Figura 23: Dimenses da linha de costa analisada ................................................... 35

Figura 24: Variao da largura da parte emersa da Praia Zona Ativa .................... 35

Figura 25: Ondulao de Sudeste a) Diagrama das cristas e cavas. b) Altura de

onda significativa. ..................................................................................... 37

Figura 26: Ondulao de Sudeste a) Correntes geradas pela onda. b) Transporte

de sedimentos. ......................................................................................... 38

Figura 27: Ondulao de Leste a) Diagrama das cristas e cavas. b) Altura de onda

significativa. .............................................................................................. 39

Figura 28: Ondulao de Leste a) Corrente gerada pela onda. b) Transporte de

sedimentos. .............................................................................................. 40

Figura 29: Ondulao de Nordeste a) Diagrama das cristas e cavas. b) Altura de

onda significativa. ..................................................................................... 41

Figura 30: Ondulao de Nordeste a) Corrente gerada pela onda. b) Transporte de

sedimentos. .............................................................................................. 42

Figura 31: Caractersticas Morfodinmicas da Praia da Armao. ............................ 44

Figura 32: Hiptese de antigas fontes de sedimentos. .............................................. 45

Figura 33: Proposta 1 Anlise em planta da linha de costa pelo Modelo Parablico.

............................................................................................................................ 47

Figura 34: Proposta 1, ondulao de Sudeste a) Diagrama das cristas e cavas. b)

Altura de onda significativa. ...................................................................... 48

Figura 35: Proposta 1, ondulao de Sudeste a) Correntes geradas pela onda. b)

Transporte de sedimentos. ....................................................................... 49

Figura 36: Proposta 1, ondulao de Leste a) Diagrama das cristas e cavas. b)


Figura 37: Proposta 1, ondulao de Leste a) Corrente gerada pela onda. b)


Figura 38: Proposta 1, ondulao de Nordeste a) Diagrama das cristas e cavas. b)


Figura 39: Proposta 1, ondulao de Nordeste a) Corrente gerada pela onda. b)


Figura 40: Proposta 2 Indicao da regio de engordamento por meio do Modelo

Parablico................................................................................................. 55

iv













Figura 47: Proposta 3 Lanamento dos espiges e do aterro hidrulico. ............... 63













Figura 54: Proposta 4 Lanamento da estrutura. a) Disposio dos quebra-mares

para formao de salincias por meio do modelo parablico de Hsu. b)

Arranjo final das estruturas. ...................................................................... 71





v










para formao de salincias pelo modelo parablico de Hsu. b) Arranjo

final das estruturas. .................................................................................. 80














para formao de salincias por meio do modelo parablico de Hsu. b)

Arranjo final das estruturas. ...................................................................... 88







vi







Figura 75: Implantao das estruturas rgidas e ocupao litornea ........................ 95

Figura 76: Cenrio Futuro Proposta 6, ondulao de Sudeste a) Diagrama das

cristas e cavas. b) Altura de onda significativa. ........................................ 96

Figura 77: Cenrio Futuro Proposta 6, ondulao de Sudeste a) Correntes geradas

pela onda. b) Transporte de sedimentos. ................................................. 97

Figura 78: Cenrio Futuro Proposta 6, ondulao de Leste a) Diagrama das cristas

e cavas. b) Altura de onda significativa. ................................................... 98

Figura 79: Cenrio Futuro Proposta 6, ondulao de Leste a) Corrente gerada pela

onda. b) Transporte de sedimentos. ......................................................... 99

Figura 80: Cenrio Futuro Proposta 6, ondulao de Nordeste a) Diagrama das

cristas e cavas. b) Altura de onda significativa. ...................................... 100

Figura 81: Cenrio Futuro Proposta 6, ondulao de Nordeste a) Corrente gerada

pela onda. b) Transporte de sedimentos. ............................................... 101

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Padres de ondas para o litoral de Santa Catarina ................................... 12

Tabela 2: Ocorrncia simultnea dos sistemas ......................................................... 13

Tabela 3: Caractersticas das Praias do Sul de Florianpolis ................................... 13

Tabela 4: Dados granulomtricos da Praia da Armao do Pntano do Sul ............. 14

Tabela 5: Fatores relacionados eroso costeira ..................................................... 15

Tabela 6: Regras para tornar as variveis como indicadores de eroso ................... 16

Tabela 7: Dados gerais de variao da linha de costa expressos em taxas anuais e

variao longitudinal ao longo dos perfis, por praias e de forma geral ..... 19

Tabela 8: Padres de ondas utilizados na modelagem ............................................. 27

SUMRIO

RESUMO ........................................................................................................................ i

LISTA DE ILUSTRAES .................................................................................................. ii

LISTA DE TABELAS ...................................................................................................... vii

SUMRIO ...................................................................................................................... 8

INTRODUO ................................................................................................................. 1

OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 2

Geral .......................................................................................................................... 2

Especficos ................................................................................................................ 2

JUSTIFICATIVA ............................................................................................................... 3

1. REA DE ESTUDO ...................................................................................................... 4

1.1. Eroso da Praia .................................................................................................. 5

1.2. Caracterizao da rea de estudo ................................................................... 8

1.2.1. Clima e Meteorologia ........................................................................................ 9

1.2.2. Ventos............................................................................................................... 9

1.2.3. Mars .............................................................................................................. 10

1.2.4. Regime de Ondas ........................................................................................... 10

1.2.5. Caractersticas Morfodinmicas ...................................................................... 13

1.2.6. Estudo de Vulnerabilidade .............................................................................. 14

2. METODOLOGIA ........................................................................................................ 20

2.1. Modelo Emprico Parbola de Hsu .............................................................. 20

2.2. Modelo Numrico ............................................................................................. 24

2.2.1. Pr-Processamento da batimetria .................................................................. 24

2.2.2. Definio dos casos de ondas para as simulaes numricas ....................... 27

2.3. Malha ................................................................................................................ 31

3. RESULTADOS .......................................................................................................... 33

3.1. Modelo Emprico Caracterizao da Praia ..................................................... 33

3.2. Modelagem Numrica Situao Atual ............................................................ 36

3.3. Definio do Modelo Conceitual ....................................................................... 44

3.4. Resultados das Simulaes das Propostas de Interveno ............................. 45

3.4.1. Proposta 1 Espigo na Ilha das Campanhas ............................................... 47

3.4.2. Proposta 2 Espigo na Ilha das Campanhas Combinado com Aterro

Hidrulico .................................................................................................................. 55

3.4.3. Proposta 3 Espigo na Ilha das Campanhas Combinado com Aterro

Hidrulico e Miniespigo na Praia ............................................................................. 63

3.4.4. Proposta 4 - Espigo na Ilha das Campanhas Combinado com Aterro

Hidrulico e Campo de Trs Quebra-Mares .............................................................. 71


Hidrulico e Campo de Cinco Quebra-Mares ............................................................ 79


Hidrulico e Campo de Quatro Quebra-Mares .......................................................... 88

3.4.7. Discusso de Resultados ............................................................................. 103

CONCLUSO ............................................................................................................. 106

REFERNCIAS ........................................................................................................... 107

ANEXOS

ANEXO I REFERENCIAL TERICO

I. REFERENCIAL TERICO ......................................................................................... 114

I.A. Ondas ............................................................................................................. 114

I.A.a. Origem das ondas......................................................................................... 116

I.A.b. Conformao das ondas rasas, intermedirias e profundas ......................... 117

I.A.c. Classificao das ondas ............................................................................... 120

I.A.c.1.Capilar .......................................................................................................... 120

I.A.c.2.Vagas(Sea) .................................................................................................. 120

I.A.c.3.Ondulaes (Swell) ...................................................................................... 120

I.A.c.4.Seiche (Clapotis) .......................................................................................... 121

I.A.c.5.Tsunami ....................................................................................................... 122

I.A.c.6 Mars ............................................................................................................ 122

I.A.c.7.Evoluo do espectro de ondas ................................................................... 122

I.B. Efeitos da Propagao de Ondas de guas Profundas para Rasas ........ 124

I.B.a. Refrao ....................................................................................................... 124

I.B.b. Empolamento ................................................................................................ 125

I.B.c. Difrao ........................................................................................................ 126

I.B.d. Arrebentao ................................................................................................ 127

I.B.d.1.Arrebentao Progressiva ou Derramante (Spilling) .................................... 128

I.B.d.2.Arrebentao Mergulhante (Plunging) ......................................................... 129

I.B.d.3.Arrebentao Colapsante (Collapsing) ........................................................ 130

I.B.d.4 Arrebentao Oscilante (Surging) ................................................................. 130

I.B.e. Reflexo ........................................................................................................ 131

I.C. Processos Litorneos................................................................................... 131

I.C.a. Correntes induzidas pelas ondas e Transporte de sedimentos .................... 132

I.D. Praias Arenosas ............................................................................................ 133

I.E. Eroso e Deposio Praial ........................................................................... 134

I.F. Morfodinmica .............................................................................................. 135

I.F.a. Praias Dissipativas........................................................................................ 136

I.F.b. Praias Reflectivas ......................................................................................... 137

I.F.c. Praias Intermedirias .................................................................................... 137

I.G. Obras de Defesa dos Litorais ...................................................................... 138

I.G.a. Obras longitudinais ....................................................................................... 139

I.G.b. Espiges ....................................................................................................... 140

I.G.c. Quebra-mares destacados da costa ............................................................. 141

I.G.d. Alimentao artificial de praias ..................................................................... 142

I.G.e. Dragagem ..................................................................................................... 143

ANEXO II MATRIZ DE COMPARAO DOS RESULTADOS

01/03 Ondulao de Leste

02/03 Ondulao de Nordeste

03/03 Ondulao de Sudeste

ANEXO III MATRIZ DIFERENAS DOS RESULTADOS

01/03 Ondulao de Leste

02/03 Ondulao de Nordeste

03/03 Ondulao de Sudeste

1

INTRODUO

As praias constituem um sistema dinmico de interao entre ventos, gua e

areia, resultando em processos hidrodinmicos, erosivos e deposicionais complexos

(BROWN e MCLACHLAN, 1990). Charlier e Meyer (1998) evidenciam que os

processos erosivos podem ser fruto da interferncia antrpica. Em Santa Catarina,

aproximadamente 68% (sessenta e oito) da populao encontra-se na zona costeira

(POLLETE et al., 1995). A ocupao em reas imprprias, estimulada pelo

desenvolvimento de atividades como turismo, transporte, pesca e indstria, tem

desencadeado e at acelerado processos erosivos ao longo da costa (WISNER et

al., 2004).

Assim, a construo geomorfolgica das linhas de costa funo de um

conjunto de processos dinmicos de eroso e deposio de sedimentos

condicionados, diretamente, pelo nvel energtico dissipado por meio das ondas nas

zonas costeiras e pela prpria morfologia e ocupao da costa. Micallef e Williams

(2002) destacam a importncia do estudo da dinmica da zona costeira, j que essa

regio configura-se como altamente vulnervel s modificaes antrpicas e/ou

naturais devido interao com diferentes agentes de processos marinhos,

continentais e atmosfricos.

Tendo em vista esta complexidade de interaes, o presente trabalho tem como

objetivo principal conhecer e avaliar o regime hidrodinmico e os padres de

transporte de sedimentos atuantes na praia da Armao do Pntano do Sul, em

Florianpolis/SC. Esse estudo ser fundamentado na dinmica costeira da regio

por meio da anlise da altura significativa de onda, correntes e transporte de

sedimentos tanto para situao atual da Praia quanto para a proposio de

alternativas de engenharia que visam a recuperao e manuteno da faixa de praia

emersa.

2

OBJETIVOS

Geral

O presente trabalho tem por objetivo realizar um estudo acerca dos fenmenos

de eroso presentes na praia da Armao do Pntano do Sul por meio de uma

investigao dos processos hidrodinmicos ocorrentes na regio. A partir deste

sero avaliadas sugestes de interveno para a recuperao da praia.

Especficos

Diagnosticar a eroso costeira da Praia da Armao com base em uma teoria

reconhecida para este fim;

Entender o funcionamento hidrodinmico da Praia e a partir deste propor um

modelo conceitual de comportamento para a praia;

Entender especificamente o funcionamento da Praia do ponto de vista de

transporte sedimentar;

Propor alternativas para recuperao da praia baseadas no modelo conceitual

apresentado e avaliar criteriosamente seus impactos.

3

JUSTIFICATIVA

Um dos principais problemas da zona costeira em todo o mundo a eroso. No

Brasil, pas com extenso litoral, os estudos sobre eroso costeira so relativamente

recentes, ganhando grande expresso a partir da dcada de 1990 (SOUZA et al.,

2005).

No Pas h centenas de praias onde o processo bastante severo, requerendo

medidas de recuperao ou conteno. Contudo, os instrumentos legais ambientais

que tratam especificadamente das praias so escassos no Brasil, o que favorece

muito o uso irregular e inadequado desses ambientes.

As praias localizadas em reas urbanas so as mais prejudicadas com a eroso

costeira, j que a ocupao da interface entre o continente e o oceano favorece esse

processo.

No estado Santa Catarina, onde mais da metade da populao encontra-se na

zona costeira, a eroso vem causando srios prejuzos materiais. Na praia da

Armao do Pntano do Sul, localizada na capital do estado, em 50 anos a praia

perdeu 40 metros de sua extenso, com grande aproximao do mar s construes

(SIM E HORN, 2004).

Durante os meses de abril e maio de 2010 a praia da Armao do Pntano do

Sul sofreu um fenmeno de intensa, rpida e progressiva eroso costeira, causando

danos na rea urbana e colocando em risco a segurana de seus moradores. Como

consequncia deste evento teve-se a fragilizao de encostas, movimentao de

massas de terra e destruio de residncias.

Em vista do problema ocorrente na praia da Armao, o presente trabalho tem a

finalidade de gerar subsdios para a recuperao da praia, corroborando as tomadas

de deciso em relao ao planejamento e gerenciamento costeiro desta regio,

tornando plenamente justificvel e louvvel do ponto de vista acadmico e social a

realizao do mesmo.

4

1 REA DE ESTUDO

A Praia da Armao do Pntano do Sul, situada entre as coordenadas

geogrficas 274502S/483003W e 274324S/483015W, est localizada na

regio Sudeste da Ilha de Santa Catarina Florianpolis (Figura 1). Situada a 25

quilmetros do centro de Florianpolis, a praia possui uma extenso aproximada de

3.500 metros, orientada no sentido N-S, vide Figura 2 (MAZZER, 2007).

Santa Catarina

Figura 1: Localizao da Ilha de Santa Catarina - Florianpolis

Fonte: RUDORFF e BONETTI, 2010 - adaptado

Figura 2: Localizao e extenso da Praia da Armao

Fonte: GOOGLE EARTH, 2011 Adaptado

Lagoa do Peri

Lagoa do Peri

Pnt

ano

do S

ul

Cen

tro

SC -

406

3.50

0 m

Praia da Armao

5

A praia da Armao limitada na poro Norte pelo promontrio rochoso do

Morro das Pedras e na poro sul pelo tmbolo formado entre a praia e a Ilha das

Campanhas e pelo Rio Quinca Antnio (sangradouro da Lagoa do Peri), formando

uma enseada em espiral. Destaca-se ao sul da regio a Lagoa do Peri, a qual

representa expressivo manancial de gua doce. Por meio da Figura 3 pode-se

visualizar a configurao da praia mencionada anteriormente.

Figura 3: Configurao da Praia da Armao Fonte: GOOGLE EARTH, 2011 Adaptado

1.1. Eroso da Praia

As praias arenosas apresentam uma dinmica prpria em virtude da mobilidade

dos sedimentos, transportados pelos efeitos constantes das ondas, correntes

litorneas, mars e ventos (SIM e HORN, 2004). Estas praias esto sujeitas

ao erosiva durante eventos de alta energia e a deposies durante perodos de

menor energia (KOMAR, 1983). Portanto, os eventos de alta energia (tempestades

tropicais e extratropicais) atravs da ao conjunta de ondas de tempestade,

correntes longitudinais e de retorno faz com que a grande totalidade das praias

apresentem alguma suscetibilidade eroso (SIM e HORN, 2004).

Alm da contribuio dos eventos meteorolgicos e oceanogrficos, os processos

erosivos tambm podem ser fruto da interferncia antrpica. O grande

desenvolvimento e crescimento demogrfico, a ocupao em reas inadequadas,

estimulada pelo desenvolvimento de atividades como turismo, transporte, pesca e

indstria, tem desencadeado e/ou acelerado processos erosivos ao longo da costa

(WISNER et al., 2004).

Praia da Armao

Lagoa do Peri

Ilha Ponta das Campanhas

Pntano do Sul

Rio Quinca Antnio

Morro das Pedras

6

Durante os meses de abril e maio de 2010 a praia da Armao do Pntano do Sul

sofreu um fenmeno de intensa, rpida e progressiva eroso costeira, causando

danos na rea urbana e colocando em risco a segurana de seus moradores.

O acelerado processo de eroso ocorreu devido aos eventos constantes e

recorrentes de ressaca, ocasionados pela atuao em Santa Catarina de ciclones

extratropicais que se formaram entre o Uruguai e o sul do Pas nos meses de abril e

maio de 2010, os quais ocasionaram chuvas e ventos intensos, deixando o mar

agitado com ondas de at quatro metros de altura. Segundo o Centro de

Informaes de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina

(Ciram), somente entre estes dois meses foram verificadas a atuao de cinco

ciclones extratropicais na costa catarinense.

Como consequncia destes eventos teve-se a fragilizao de encostas,

movimentao de massas de terra e destruio de residncias (Figura 4). Consta

nos registros da Defesa Civil municipal um levantamento de 21 residncias

ameaadas, 5 parcialmente destrudas e 5 integralmente destrudas, afetando no

total 31 residncias e 80 moradores.

Figura 4: Consequncia dos fenmenos meteorolgicos na Praia da Armao Fonte: Defesa Civil municipal, 2010

7

Conforme relatrio da SOTEPA, empresa responsvel

pela obra emergencial da praia executada em 2010,

houve eroso severa em aproximadamente 1600 metros

da costa e, segundo relatos de moradores, a faixa de

areia erodida em alguns pontos atingiu 50 metros. Na

Figura 5 pode-se verificar por contraste visual que o

trecho da praia da Armao em que a eroso foi mais

acentuada converge com a rea de maior concentrao

demogrfica da regio.

Como medida emergencial, a fim de se evitar a

destruio de um nmero maior de residncias e tambm

de assegurar a segurana dos moradores da localidade, a

Prefeitura de Florianpolis por intermdio da empresa

SOTEPA executou na praia, em junho de 2010, uma

barreira artificial (vide Figura 6 e Figura 7). Esta barreira construda por meio de um

dique de enrocamento longitudinal se estende ao longo da rea mais crtica da praia

(1.600 metros) chegando a atingir em alguns pontos altura de at 5 metros.

Segundo relatrio da empresa, a obra teve como objetivo oferecer uma soluo

emergencial de proteo e conteno da linha de dunas e casas na referida praia.

O problema de eroso acima explanado j era observado h mais de dez anos

por moradores e at mesmo por rgos pblicos municipais e estaduais, porm,

este vinha ocorrendo de forma lenta e progressiva.

Figura 5: Trecho da praia com eroso acentuada

8

Figura 6: Execuo da obra emergencial na Praia da Armao Dique de Enrocamento Fonte: Fotografado por Marcelo Cabral Vaz, Jlio Cavalheiro e SOTEPA, respectivamente

Figura 7: Acompanhamento realizado aps a execuo da obra emergencial

1.2. Caracterizao da rea de estudo

Antes de um estudo mais aprofundado da praia da Armao de primordial

importncia conhecer as caractersticas metereolgicas e oceanogrficas da regio.

O levantamento destas caractersticas, apresentado nos itens subsequentes, foi

realizado por meio de uma reviso bibliogrfica sobre a referida rea de estudo.

a)

b) c)

9

1.2.1. Clima e Meteorologia

A ilha de Santa Catarina apresenta clima do tipo subtropical mido, com

temperatura mdia oscilando entre 15 e 18C no inverno e entre 24 e 26C no

vero. Dados climticos indicam temperatura mdia anual de 21,5C, precipitao

mdia anual de 1.492mm, ventos com velocidade mdia de 3,31m/s e umidade

relativa do ar de 80% em mdia (NIMER, 1979).

Nimer (1979) esclarece que as caractersticas climticas da regio ocorrem pela

influncia de quatro principais sistemas atmosfricos: Baixa Presso Mvel Polar,

Anticiclone do Atlntico Sul, Anticiclone do Pacfico Sul e Centro de Baixa Presso

do Chaco. Estes sistemas associam-se aos principais eventos meteorolgicos, os

quais tm influncia direta nos processos morfodinmicos da linha de costa e na

forma de gerao de ondas martimas e de mars meteorolgicas.

1.2.2. Ventos

Os ventos na regio apresentam velocidade mdia de 3,31m/s, conforme j

mencionado, sendo os de direo Norte e Nordeste os mais frequntes (a de 47%) e

os de quadrante sul os mais intensos (a de 32,5%), alcanando at 6,50m/s

(MAZZER, 2007). A Figura 8 ilustra estas informaes aa da direo predominante

dos ventos.

Figura 8: Direo Predominante dos Ventos

10

1.2.3. Mars

Na regio de Florianpolis predomina o regime de micro mar, devido sua baixa

amplitude mdia (menor que 2 metros) de acordo com a tbua de mars para

Florianpolis da Diretoria de Hidrografia e Navegao (DHN, 2005) e regime semi-

diurno (PEIXOTO,2005).

Para a regio de estudo, os efeitos meteorolgicos so de grande importncia e

precisam ser considerados. Durante as mars meteorolgicas podem ser

observadas as maiores variaes do nvel do mar (responsveis por provocar uma

elevao de at um metro acima da mar astronmica), devido passagem de

sistemas frontais ciclnicos, ou frentes frias, que so acompanhados de fortes

tempestades advindas do sul e sudeste, principalmente nos meses de outono e

inverno. Segundo Mariotti e Franco (2001) o nvel do mar encontra-se

continuamente oscilando em resposta s forantes astronmicas e meteorolgicas.

O levantamento mais recente referente ao comportamento maregrfico da Praia

da Armao do Pntano do Sul, foi realizado pela Diretoria de Obras Hidrulicas

(DIOH) atravs do convnio entre o Departamento de Edificaes e Obras

Hidrulicas (DEOH) e a Prefeitura Municipal de Florianpolis. Estes dados

maregrficos foram levantados durante o perodo de 26 de maro a 28 de dezembro

de 2001, no qual se observou o nvel do mar mximo de + 1,99 m e o mnimo de

0,72 m durante este perodo de monitoramento.

1.2.4. Regime de Ondas

As informaes sobre o regime de ondas na regio foram obtidas atravs dos

estudos realizados por Arajo et al. (2003) utilizando dados levantados entre 2002 e

2003 por um ondgrafo direcional - Datawell Waverider Mark II - fundeado a 35 km

ao largo da praia da Armao, em uma profundidade de 80 metros (Figura 9). O

instrumento foi fundeado pelo Laboratrio de Hidrulica Martima (LAHIMAR) da

Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

11

Figura 9: Ondgrafo, fundeio e localizao

Fonte: MELO et al, 2003 - adaptado

Com base nos dados obtidos atravs do ondgrafo Arajo et al. (2003)

identificaram cinco padres de ondas para o litoral de Santa Catarina, consistindo

em duas ondulaes e trs tipos de vagas: ondulaes de sul e sudeste e vagas de

leste, nordeste e sul. Os cinco grupos so descritos a seguir:

Sistema A: ondulao longa de sudeste com perodo de pico mdio de 14,2

segundos e direo mdia de 146, correspondente a ondulaes distantes geradas

em altas latitudes do Oceano Atlntico Sul.

Sistema B: ondulao de sul com perodo de pico mdio de 11,4 segundos, com

162 referente a ondas geradas ao largo da costa do Rio Grande do Sul e Uruguai

por ventos do quadrante sul que ocorrem aps a passagem de frentes frias pela

regio.

Sistema C: vaga de leste com perodo de pico mdio de 8,5 segundos com direo

de 92, representando um sistema de ondas estvel associado com ventos de

nordeste do sistema de alta-presso semipermanente do Atlntico Sul.

Sistema D: vaga de nordeste de curto perodo de pico mdio de 4,7 segundos e

direo de 27, relacionado com ventos do quadrante norte e nordeste de menor

durao de tempo que ocorrem logo antes da chegada de uma frente fria.

Sistema E: vaga de sul com perodo de pico mdio de 6,4 segundos associado a

ventos de sul que sopram logo aps a passagem dos sistemas frontais. Durante a

primavera, este sistema mostra um padro mais complexo, dividido-se em dois

Latitude: 27o 44`S Longitude: 48o10`W Profundidade: 79m

Mapa de localizao do Ondgrafo

12

sistemas pela anlise estatstica, um com perodo de 8,5 segundos e outro curto

com 5,1 segundos, ambos advindos de sul.

Na Tabela 1 encontra-se de forma resumida os cinco sistemas identificados

por Arajo et al. (2003), bem como a altura significativa de onda e a frequncia de

ocorrncia por intervalo de altura de onda destes sistemas.

Tabela 1: Padres de ondas para o litoral de Santa Catarina

Direo em guas profundas

Perodo de Pico

Altura significativa

de onda Fr*

( ) (Tp) (HS) (%) 0 - 1m 1 - 2m 2 - 3m 3 - 4m 4 - 5mOndulao de Sudeste

146 14,2s 1,50 a 2,0m 16,0 19,4 40,5 24,6 9,9 3,5

Ondulao de Sul

162 11,4s 1,25 a 2,0m 11,0 13,8 38,0 27,8 12,7 4,8

Vagas de Leste

92 8,5s 0,75 a 1,75m 10,0 22,2 42,0 23,0 8,5 >3,0

Vagas de Nordeste

27 4,7s >0,75m 20,5 23,9 43,2 21,8 7,5 >3,0

Vagas de Sul 188 6,4s >1,0m 10,0 - - - - -

PRINCIPAIS TIPOS DE ONDAS OCORRENTES NO LITORAL DE SANTA CATARINA

* Frequncia Total

DenominaoFrequencia (%) por intervalo de altura de onda

Fonte: ARAJO et al., 2003, apud MAZZER, 2007 - adaptado

Condies de alta energia de onda geralmente provem de ondulaes de

sul/sudeste, com perodos de pico acima de 11s e ondas maiores que 4 metros em

guas profundas. Essas condies costumam ocorrer nos perodos de outono e

inverno, entretanto ondas grandes podem ser encontradas em todas as estaes do

ano. As condies de baixa energia so associadas a vagas de leste/nordeste

(ARAJO et al., 2003).

Os padres de onda mencionados podem ocorrer simultaneamente. Na

Tabela 2 verificam-se as associaes ocorrentes em cada estao do ano

juntamente com a frequncia de ocorrncia destas. Arajo et. Al (2003) salientam

que os sistemas de onda A, B e C ocorrem durante todo o ano na regio.

13

Tabela 2: Ocorrncia simultnea dos sistemas

Primavera (%)

Vero (%)

Outono (%)

Inverno (%)

A - B 1,1 7,3 4,9 19A - C 14,9 29,1 15,7 29,5A - D 3,2 1,6 11 10,1B - C 35,8 30,7 8,5 4,1B - D 15,7 11,1 22,5 20B - E 4,2 5,5 11,8 3,1B - F 11,7 - -C - D 4,2 4,4 10,6 2,7

OCORRNCIA SIMULTNEA DOS PADRES DE ONDAS NO LITORAL DE SANTA CATARINA

SistemasEstaes do Ano

Fonte: ARAJO et al., 2003

1.2.5. Caractersticas Morfodinmicas

Durante os ltimos anos foram realizados diversos estudos destinados a

descrever os aspectos morfodinmicos das praias de Santa Catarina. Estudos

comprovam que as praias da poro sul da Ilha de Santa Catarina quando

comparadas entre si apresentam ampla variao quanto aos aspectos relativos

extenso, morfodinmica, ocupao antrpica, entre outros (MAZZER, 2007).

Algumas destas caractersticas podem ser constatadas na Tabela 3 a seguir.

Tabela 3: Caractersticas das Praias do Sul de Florianpolis

Praia Extenso (m) OrientaoExposio -

DireoFisiografia e

Geomorfogia*Sistemas

associadosTipo

MorfodinmicoOcupao Antrpica

Praia da Solido

1.344,9 NE-SW Mdia SE,E

Praia de bolso Desembocadura do Rio Pacas

Dissipativa Alta

Praia do Pntano do Sul / dos Aores

2.472,4 ENE-WSWMdia - Baixa

S,SEEnseada em

espiral Dunas Dissipativa Alta e Baixa

Praia da Armao 3.500,0 N-S

Alta-Baixa NE, E, SE, S

Enseada em espiral

Desembocadura do Rio Sangradouro

Reflectiva Intermediria Dissipativa

Variada

Praia do Matadeiro 1.226,8 NW-SE

Mdia E, NE Praia de bolso

Desembocadura do Rio Sangradouro

Reflectiva Intermediria Dissipativa

Alta e Mdia

Praia da Lagoinha do Leste

1.276,4 NNE-SSWAlta

NE, E, SE, S, SW Praia de bolsoDesembocadura Lagunar e Dunas

Intermediria Dissipativa Ausente

CARACTERSTICAS DAS PRAIAS DO SUL DE FLORIANPOLIS

Fonte: GR et al, 1997; CASTILHOS, 1995, apud MAZZER, 2007

A Praia da Armao do Pntano do Sul especialmente diferenciada quanto

a sua morfodinmica. A praia apresenta trs diferentes estgios morfodinmicos: ao

14

norte apresenta perfil reflexivo, no trecho central da praia apresenta perfil

intermedirio e ao sul perfil dissipativo, conforme ilustrado na Figura 10

(CASTILHOS, 1995, apud MAZZER, 2007).

Figura 10: Variao Longitudinal da Morfodinmica da Praia da Armao

Fonte: Relatrio SOTEPA, 2010

Horn (2006) por meio da coleta de amostras de sedimentos e anlises

laboratoriais subsequentes possibilitou identificar as principais caractersticas

granulomtricas das areias praiais da ilha de Santa Catarina, dentre elas, a praia da

Armao do Pntano do Sul. Conforme verifica-se na Tabela 4 a Praia apresenta no

setor sul perfil dissipativo e baixa energia de onda granulometria fina e nos

demais setores perfil intermedirio a reflexivo e energia de onda mdia a

granulometria aumenta em direo ao norte.

Tabela 4: Dados granulomtricos da Praia da Armao do Pntano do Sul

Latitude Longitude phi mm phi mm1 27 43' 25,4" 48 30' 18,6" 0,13 0,91 areia grossa 0,58 0,672 27 44' 17,3" 48 30' 27,4" 0,22 0,86 areia grossa 0,63 0,653 27 44' 58,4" 48 30' 08,9" 2,07 0,24 areia fina 0,74 0,60

*Classificao pelo dimetro do gro

Dimetro mdio do gro Desvio PadroDADOS GRANULOMTRICOS DA PRAIA DA ARMAO

LocalizaoClassificao*Amostra

Fonte: HORN, 2006

1.2.6. Estudo de Vulnerabilidade

O estudo de vulnerabilidade tem por finalidade estimar a ocorrncia de eroses

nas diversas pores da linha de costa. Mazzer (2007) destaca que a

vulnerabilidade da linha de costa eroso costeira est baseada em fatores

15

geolgicos, geomorfolgicos, oceanogrficos, os quais atuam em diversas escalas

de tempo.

Dos estudos dos processos morfodinmicos evidencia-se a importante questo

do grau de risco eroso da linha costeira, caracterizada por mtodos de

determinao de ndices de vulnerabilidade. No relatrio do projeto bsico da obra

emergencial da praia da Armao realizado pela empresa SOTEPA encontra-se um

apanhado de diferentes mtodos propostos na literatura sobre o assunto, processos

esses que visam integrar de forma racional os diversos fatores naturais e antrpicos

que podem ocasionar a eroso costeira (Tabela 5).

Tabela 5: Fatores relacionados eroso costeira

FATORES NATURAIS FATORES ANTRPICOS

Elevao do nvel do mar

Tempestades

Declividade da plataforma continental

Disponibilidade e tamanho dos sedimentos

Comportamento das ondas e dos ventos

Caractersticas das correntes marinhas

Descargas dos rios adjacentes

Reduo e remoo dos sedimentos

Construo de barragem nos rios

Mudana nos canais de mars/barras

Molhes nas desembocaduras de rios

Construo de portos e piers

Obras de enrocamento

Urbanizao da orla


A Praia da Armao apresenta uma combinao de diversos fatores de risco,

tanto naturais quanto antrpicos. Mazzer (2007) destaca que o local consiste numa

praia exposta s ondulaes dos quadrantes leste e sul e apresenta um grau de

ocupao crescente em torno da costa. Em sua anlise vulnerabilidade Mazzer

(2007) utilizou oito variveis, as quais foram comparadas quanto a sua correlao

com as taxas de variaes da linha de costa interanual e interdecadal, obtidas por

meio de aerofotos dos anos de 1938, 1978, 1994, 1998 e 2002.

A indicao de processos de eroso costeira por parte das variveis foi baseada

no estabelecimento de uma regra simples, vide Tabela 6, atravs da qual foi

possvel realizar uma comparao com as taxas de eroso em escalas interdecadal

e interanual resultando na obteno de 3 ndices de vulnerabilidade costeira: ndice

interanual, interdecadal e geral.

16

Tabela 6: Regras para tornar as variveis como indicadores de eroso

QUANTO MAIOR A EROSO COSTEIRA: 1 Maior altura de onda (HB)

2 Maior ngulo de inclinao da face litornea (IFL)

3 Menor a altitude da orla (ALT)

4 Maior a velocidade de corrente longitudinal residual (CLR)

5 Maior o tamanho de gro mdio na face praial (TMG)

6 Menor inclinao mdia do estirncio (IME)

7 Menor Largura de ps

8 Maior valor no ndice de limites de clulas costeiras (ILCC)

Fonte: Mazzer, 2007

Com a anlise e ponderao das oito variveis citadas, Mazzer (2007) elaborou

um mapa de vulnerabilidade eroso costeira para a Praia da Armao do Pntano

do Sul, conforme pode ser visualizado na Figura 11.

17

Figura 11: Vulnerabilidade eroso costeira na Praia da Armao (a) I.V. Anual; (b) I.V. - Decadal. 1- Altura de onda na quebra; 2- Inclinao de face litornea; 3- Altimetria mdia da orla; 4- Velocidade residual de corrente longitudinal; 5- Tamanho mdio de gro da face praial; 6- Declividade

mdia da face praial; 7- Largura mdia de ps praia; 8- Balano Potencial de Sedimentos Fonte: Mazzer, 2007

18

Mazzer (2007) salienta que a altura mdia de onda teve grande importncia na

anlise de vulnerabilidade costeira, estando amplamente correlacionada com a

declividade da antepraia e com as taxas de eroso, em ambas as escalas. Os

perodos adotados nesta anlise (interdecadal e interanual) representam um bom

perodo de avaliao uma vez que estudos realizados em uma escala de tempo de

at 100 anos correspondem a um perodo importante em relao s influncias

antrpicas na orla martima, devido ao fato de coincidir com um perodo de rpida

evoluo no desenvolvimento da sociedade humana (CROWEL et al., 1991).

Leatherman (2003) ratifica que perodos de at 100 anos so de interesse humano

por contemporizar possveis processos de elevao do nvel do mar e eroso

costeira.

Os estudos de Mazzer (2007) resultam que, de forma geral, est ocorrendo

eroso costeira na rea de estudo. Porm, em escala interdecadal, as taxas so em

mdia trs vezes maiores que as medidas em escala interanual, ainda que a

amplitude de valores nesta ltima escala seja superior primeira. Assim, o autor

conclui que variaes de respostas em escala interdecadal entre as praias ressaltam

a influncia da configurao espacial (orientao, exposio) e dos aspectos

morfodinmicos de mdio prazo (estgio morfodinmico, rotao praial). J em

escala interanual refletem as respostas aos processos ligados a eventos de alta

energia e variaes sazonais e interanuais, nas condies hidrodinmicas e

meteorolgicas.

SOTEPA, em seu relatrio, destaca que no caso da praia da Armao, a escala

interdecadal indica a tendncia de um processo erosivo permanente. De fato, nas

ltimas 7 dcadas esta praia registrou um recuo mdio de 0,52m/ano (Tabela 7)

onde alguns trechos sofreram diminuio de mais de 60m de linha costeira, como

apresentado na Figura 12.

Dentre os resultados encontrados por Mazzer (2007), o autor destaca que a

praia da Armao apresenta no extremo norte perfil reflexivo e variaes positivas

da linha de costa, apresentando taxa mxima de at +0, 22 m/ ano, enquanto, em

seu extremo sul, onde o perfil passa a apresentar-se dissipativo, as taxas de

variao so negativas e podem alcanar -1,34 m/ano (Tabela 7).

19

Tabela 7: Dados gerais de variao da linha de costa expressos em taxas anuais e variao longitudinal ao longo dos perfis, por praias e de forma geral

N de Perodo 1938-2002 Perodo 1998-2002perfis Mn./Mx. Mn./Mx.

Praia da Solido 12 -1,10 0,19 -1,4/-0,91 +0,22 1,4 -2,23/2,97 -73,65 5,15 +0,84 5,39Praia dos Aores / Pntano do Sul

59 -0,90 0,43 -1,80/0,07 -1,15 2,20 -5,6 / 7,62 -70,55 28,29 -4,39 8,29

Praia da Lagoinha do Leste

26 -0,14 0,35 -1,28/0,45 -2,03 3,46 -11,6/4,9 -24,19 12,48 -7,61 12,97

Praia do Matadeiro 13 +0,01 0,16 -0,29/0,25 -3,45 1,40 -5,71/-1,27 -13,01 10,77 -12,93 5,56Praia da Armao 68 -0,52 0,38 -1,34/0,22 +1,99 2,23 -7,54/7,11 -22,78 16,51 +6,82 11,54

Mdia Geral 182 -0,59 0,49 -0,22 3,21 -41,71 31,58 -0,83 8,30

Taxa de variao (m/ano) Variao da linha de costa (m)recuo (-) avano (+)

DADOS GERAIS DE VARIAO DA LINHA DE COSTA

Nome da PraiaPerodo 1938-2002 Perodo 1998-2002

Fonte: MAZZER, 2007

Figura 12: Variaes temporais na linha de costa na praia da Armao (1938-2002)


No trecho central da praia ocorrem as maiores taxas de variao negativa,

associadas uma maior exposio s ondulaes, bem como uma situao de

transio entre o perfil. Por fim, conclui-se que a praia apresenta trechos de

diferentes ndices de vulnerabilidade eroso, na qual a eroso diminui nos trechos

onde o perfil reflexivo, aumenta nos perfis intermedirios, voltando a diminuir na

poro dissipativa, mais abrigada.

De acordo com os estudos e dados levantados sobre a morfodinmica praial e

vulnerabilidade eroso, verifica-se que o processo erosivo ocorrido na praia da

Armao bastante intenso, complexo e instvel. Alm disso, a regio apresenta

tendncia de processos erosivos permanentes, caracterizando a situao da praia

da Armao como um problema urgente.

20

2 METODOLOGIA

A partir do levantamento bibliogrfico e terico da regio, optou-se pelo

estudo dessa atravs da anlise numrica (computacional), ferramenta muito

utilizada para o estudo de ambientes costeiros. Segundo Lakhan (2003) os modelos

numricos esto se tornando cada vez mais indispensveis no entendimento e na

previso da dinmica do sistema costeiro, alm de dar suporte para tomadas de

deciso e elaborao de solues para problemas complexos.

As tcnicas numricas podem ser utilizadas nas mais diversas reas de

conhecimento, dentre elas destaca-se a Oceanografia Fsica, na qual existem

diversos modelos computacionais para modelagem hidrodinmica, de ondas e de

transporte de sedimentos (SIGNORIN, 2010). De acordo com Fortuna (2000),

apesar de toda a flexibilidade que esta tcnica oferece, ela muitas vezes no pode

resolver algumas situaes verificadas no ambiente, estando limitada pelos

parmetros usados na simulao. Tambm h o fato de que existem situaes

difceis de serem modeladas e transformadas em equaes para tratamento

numrico. Entretanto, de forma geral, a modelagem numrica apresenta resultados

satisfatrios e vem sendo extensivamente usada e aperfeioada com os avanos da

computao.

A seguir ser apresentada a metodologia utilizada para o estudo da praia da

Armao envolvendo modelos empricos e numricos.

2.1. Modelo Emprico Parbola de Hsu

A primeira etapa da metodologia objetiva caracterizar as condies de

equilbrio em planta da praia da Armao do Pntano do Sul. Tal verificao ser

realizada de acordo com a aplicao de um modelo terico emprico reconhecido

para este fim. Essa anlise tem por finalidade iniciar um estudo da dinmica costeira

da regio, que, por sua vez, auxiliar na definio de um modelo de funcionamento

conceitual para esta rea.

O estudo de estabilidade praial ser realizado em dois momentos. O primeiro

tem como meta avaliar a estabilidade atual da praia da Armao, verificando se a

mesma apresenta-se em equilbrio esttico ou dinmico. Em um segundo momento,

o modelo emprico ser utilizado como uma ferramenta auxiliar na definio das

propostas de interveno para a recuperao da praia.

21

Apesar da existncia de alguns modelos empricos destinados anlise da

forma plana de praias de enseada em formato espiral, forma esta da praia da

Armao, entre eles o Espiral Logartmica (KRUMBEIN, 1944 e YASSO, 1965)

optou-se pela utilizao do Modelo Parablico (HSU e EVANS, 1989). Selecionou-se

este, uma vez que a eficcia de tal modelo para esta configurao de praia

constatada e pelo fato de ser reconhecida a dificuldade em definir o equilbrio em

planta de uma praia com base em frmulas log-espiral (SILVESTER. 1970, 1974).

Por fim ser utilizado o modelo parablico proposto por Hsu e Evans em 1989,

porm, adaptado por Medina e Gonzlez (2001), que considera alguns parmetros

adicionais na aplicao de tal modelo.

De acordo com Klein et al. (apud Vargas et al., 2002), o modelo parablico

apresenta-se mais robusto que os demais por no representar apenas uma soluo

matemtica que define a forma da enseada a partir de dados geomtricos, mas leva

em considerao parmetros relacionados com a direo da onda de maior energia

(obliquidade). Medina e Gonzles (2001) destacam que esta relao parablica ,

atualmente, a mais amplamente utilizada para verificar a estabilidade de praias de

enseada. O modelo parablico de Hsu tambm recomendado no manual de

Engenharia Costeira (USACE, 2002) para avaliao de projetos e determinao da

forma da praia em equilbrio.

O modelo selecionado foi fundamentado em uma srie de experimentos

realizados em um modelo reduzido (prottipo) sem condies de fornecimento de

sedimentos, e aplicvel a praias de enseada, como no caso da praia da Armao.

Por meio dele possvel definir e analisar a linha de costa em planta, alm de prever

possveis alteraes em sua localizao e formato.

Segundo Silvester e Hsu (1993) as praias de enseada podem apresentar-se

em equilbrio esttico ou em equilbrio dinmico. Em uma situao estvel, ou de

equilbrio esttico, os trens de onda dominantes atingem perpendicularmente toda a

extenso da praia, as cristas de onda quebram simultaneamente ao longo da praia e

o transporte longitudinal de sedimento, bem como os processos de eroso e

deposio, so anulados. No entanto, quando o transporte longitudinal ativo, a

praia encontra-se em um estado instvel, ou de equilbrio dinmico. Neste tipo de

praia, as foras de deriva litornea e o suprimento sedimentar so fatores

determinantes na manuteno da faixa de praia na sua posio atual. As alteraes

22

morfolgicas so geralmente ocasionadas por fatores que modificam a trajetria

natural das ondas que chegam praia, entre os quais, a existncia de barreiras

fsicas, tais como ilhas ou promontrios rochosos e, principalmente, construes,

como molhes e plataformas (SHORT E MASSELINK, 1999 apud VARGAS et al.,

2002).

Praias de enseada so, por definio, praias com geometria plana

caractersticas, consequentes da difrao das ondas. So limitadas por promontrios

rochosos ou outros obstculos fsicos, geralmente formando um arco de curvatura

mais acentuada e cujo contorno tende a assumir a forma de um meio corao ou de

uma lua crescente (SHORT E MASSELINK, 1999 apud VARGAS et al., 2002).

Vargas et al. (2002) descreve as praias de enseada como praias que

desenvolvem formas assimtricas, caracterizadas por uma zona de sombra, prxima

ao promontrio rochoso, protegida da energia de ondas e fortemente curvada. A

parte central levemente curvada e a outra extremidade retilnea, sendo

normalmente paralela a direo dominante dos trens de onda na regio (Figura 13).

Figura 13: Compartimentos de uma praia de enseada

Fonte: VARGAS et al., 2002

Para uma praia de enseada, o transporte longitudinal de sedimentos, causado

pela incidncia obliqua e pelo gradiente de altura das ondas, responsvel pela

modelagem da forma da praia em planta. Esta assume uma orientao dependente

do ngulo de incidncia das ondas dominantes, uma vez que uma praia tende a ser

moldada transversalmente direo de ataque das ondas predominantes na mesma

(VARGAS et al. ,2002).Para a aplicao do modelo extrai-se por meio de imagens

areas retificadas ou mapas (Figura 14), os seguintes parmetros:

23

Figura 14: Definio dos pontos de controle

Fonte: KLEIN et al., 2003

R Linha de controle: linha que une o ponto de controle localizado no

promontrio rochoso aonde se inicia o processo de difrao de ondas, at a

extremidade final da praia.

d Linha de crista de ondas predominantes (obliquidade das ondas): a

obliquidade das ondas predominantes na praia de enseada em questo obtida a

partir de fotografias areas ou mapas que esto sendo utilizados, e corresponde a

uma linha paralela poro mais retilnea da praia.

(Beta): ngulo formado entre as linhas de crista de onda predominantes e a

linha de controle R .

Klein et al. (2003) afirma que algumas outras variveis associadas a

enseadas naturais, como o tipo de praia (morfodinmica), perodo e altura da onda,

no so includas na formulao do modelo parablico por serem consideradas

insignificantes no resultado final. Porm, Medina e Gonzles (2001), na adaptao

realizada formulao de Hsu, consideraram tais parmetros e ressaltam que

obtiveram um bom comportamento em sua aplicao experimental e em campo.

Alm disso, os resultados tambm demonstram que, se a distncia perpendicular do

ponto de difrao at a praia e o comprimento da onda dominante conhecida,

possvel determinar a forma e a zona afetada da praia e, portanto, a areia

necessria para seu equilbrio.

Sendo assim, o modelo terico escolhido permitir identificar se a praia

analisada encontra-se numa situao de equilbrio esttico, onde no ocorre

modificaes morfolgicas na linha de costa, ou se a mesma encontra-se em

24

equilbrio dinmico, onde a linha de costa tende a assumir uma forma diferente da

atual.

2.2. Modelo Numrico

A anlise computacional ser realizada com o auxlio do software SMC -

Cantbria (Sistema de Modelagem Costeira) desenvolvido pelo grupo de Engenharia

Oceanogrfica e Costas (GIOC) da Universidade de Cantbria na Espanha em

conjunto com o Ministrio do Meio Ambiente.

Dentre os diversos modelos numricos existentes, o presente trabalho

utilizar o mdulo MOPLA (Morfodinmica de Praias) includo no software SMC.

Esse mdulo contm os modelos OLUCA, COPLA e EROS que permitiro a anlise

e compreenso da propagao de ondas, correntes geradas por ondas, transporte

de sedimentos e alteraes morfolgicas, respectivamente.

O modelo OLUCA, baseado no modelo REF/DIF (KIRBY et al.; 1986,1994) da

Universidade de Delaware, resolve a equao da pendente suave a partir de sua

aproximao parablica, sobre uma malha ortogonal com um esquema de

diferenas finitas. um modelo combinado de refrao e difrao, permitindo o

estudo de zonas onde o efeito desses processos importante. Classifica-se como

um modelo no dispersivo em amplitude, que resolve a fase da onda sobre

batimetrias complexas. Seus resultados so utilizados pelo modelo COPLA, para

calcular os tensores de radiao (radiation stress) gerados pela quebra de ondas

(funo da altura, perodo, direo e profundidade) e gerar as correntes resultantes.

Com os resultados do COPLA, o modelo EROS calcula o transporte de sedimentos

gerado pelas correntes.

Esses modelos sero executados utilizando espectros de onda visto a

simplicidade e no aplicabilidade dos casos monocromticos na natureza.

2.2.1. Pr-Processamento da batimetria

Para as simulaes numricas, duas fontes de informaes batimtrica foram

utilizadas. A primeira foi obtida a partir da digitalizao da Carta Nutica 1904 (vide

Figura 15), na qual est contemplada a regio sul da Ilha de Santa Catarina e

consequentemente a rea de estudo em questo, a praia da Armao do Pntano

do Sul. Essa carta utilizada atualmente a mais detalhada para a regio.

25

Figura 15: Carta Nutica 1904

Fonte: MARINHA DO BRASIL (adaptado)

A segunda foram os dados de batimetria levantados em 2009 pelo

Departamento de Edificaes e Obras Hidrulicas de Santa Catarina (DEOH). Esses

dados obtidos junto ao DEOH foram utilizados como batimetria de detalhe, pois os

pontos levantados so referentes apenas ao trecho sul da Praia, onde o fenmeno

de eroso est mais acentuado.

Iniciou-se o processamento da batimetria com a digitalizao dos pontos da

carta nutica 1904 com auxlio do software SMS (Surface-Water Modeling System)

da Aquaveo. Os pontos digitalizados podem ser visualizados atravs da Figura 16.

26

Figura 16: Digitalizao da batimetria, Carta Nutica 1904 Software SMS

Antes da unio dos dados batimtricos da carta nutica com os obtidos junto

ao DEOH, realizou-se a compatibilizao do datum vertical e horizontal de ambas.

Isto ocorreu uma vez que a carta nutica estava referenciada ao datum vertical da

Diretoria de Hidrografia e Navegao (DHN) no qual o nvel zero corresponde ao

nvel equivalente a mdia das baixa-mar de sizgia e ao datum horizontal do WGS-

84 (World Geodetic System 1984), enquanto os dados da batimetria detalhada do

DEOH estavam referenciados ao datum vertical zero do Instituto Brasileiro de

Geografia e Estatstica (IBGE) e ao datum horizontal SAD 69 (South Amercian

Datum 1969).

A converso da batimetria da carta nutica foi realizada, tambm por meio do

software SMS, padronizando-se os dois conjuntos de dados para o datum horizontal

SAD-69. Houve tambm a compatibilizao do datum vertical da batimetria

detalhada, a qual foi convertida para o datum vertical do IBGE com base em

informaes obtidas junto ao DEOH.

Em seguida, os dados acima foram extrados para um arquivo nico para dar-

se incio aos estudos numricos. A linha de costa da praia, obtida por meio do

DEOH, tambm teve seu georreferenciamento compatibilizado e foi introduzida ao

modelo.

27

Com a batimetria inserida no programa, realizou-se o pr-processamento

destes dados afim de se evitar problemas resultantes da interpolao que pudessem

afetar a propagao das ondas.

2.2.2. Definio dos casos de ondas para as simulaes numricas

Os casos de ondas foram selecionados referenciando o estudo de Arajo et

al. (2003). Optou-se pela escolha de trs estados de mar representativos para a

realizao da modelagem numrica: i) ondulao de sudeste, ii) vaga de leste e iii)

vaga de nordeste. Dos padres de ondas advindos do quadrante sul e sudeste,

optou-se pela ondulao de sudeste por esta ser a mais energtica, alm da

atuao desta estar associada a eventos de alta energia. A opo pela vaga de leste

se deu pelo fato da parte retilnea da praia ser moldada transversalmente direo

de ataque destas ondas. Por fim, optou-se pela vaga de nordeste por esta ser a

mais frequente na regio (Tabela 1), possibilitando assim a modelagem dos padres

de ondas advindos de diferentes quadrantes de maneira a fornecer

representatividade do comportamento hidrodinmico desta praia.

Na Tabela 8 esto apresentados os parmetros relacionados aos casos de

onda utilizados na modelagem.

Tabela 8: Padres de ondas utilizados na modelagem

Direo em guas profundas

Perodo de Pico

Altura significativa

de onda

Espalhamento Direcional

( ) (Tp) (HS) ( )Ondulao de Sudeste

146 14,2s 2,0m 10

Vagas de Leste

92 8,5s 1,25m 15

Vagas de Nordeste

27 5s 0,75m 20

PADRES DE ONDAS UTILIZADOS NA MODELAGEM

Denominao

A seguir esto apresentados os espectros TMA configurados no modelo

atravs dos dados paramtricos expressos na Tabela 8. Estas figuras (Figura 17 a

Figura 19) possibilitam uma comparao direta entre os trs casos modelados

(sudeste, leste e nordeste) com relao energia, frequncia e direo inerente a

cada um desses.

28

Espectro bidimensional - Ondulao de Sudeste

Espectro frequencial Ondulao de Sudeste Hs=2,0m, Fp=0,070423Hz (Tp=14.2s)

Espectro direcional Ondulao de Sudeste =10

Figura 17: Espectros - Ondulao de Sudeste

29

Espectro frequencial Vaga de Leste Hs=1,25m, Fp=0,117647Hz (Tp=8.5s)

Espectro direcional Vaga de Leste =15

Figura 18: Espectros - Vaga de Leste

Espectro bidimensional - Vaga de Leste

30

Espectro frequencial Vaga de Nordeste Hs=0,75m, Fp=0,2Hz (Tp=5s)

Espectro direcional Vaga de Nordeste =20

Figura 19: Espectros - Vaga de Nordeste

Espectro bidimensional - Vaga de Nordeste

31

As direes apresentadas nas figuras so configuradas em relao malha

numrica utilizada na modelagem. Deste modo, o ngulo zero apresentado pelos

diagramas representam as direes das ondas incidentes na praia (leste, sudeste e

nordeste) estando essas paralelas ao eixo x de clculo de cada grade numrica

utilizada. Tendo isso em vista, possvel perceber que a partir da direo zero os

espectros direcionais demonstram um espalhamento em torno da direo mdia de

propagao utilizada neste trabalho, vinculada ao perodo de cada ondulao.

possvel observar atravs das figuras uma condio de crescente energia

de onda, quando avaliando ondulaes de nordeste, leste e sudeste

respectivamente, uma vez que os espalhamentos direcionais so de 10 para

ondulaes de sudeste, 15 para de leste e 20 para de nordeste.

As imagens dos espectros bidimensionais apresentam de forma didtica os

espectros de frequncia e espectros direcionais.

2.3. Malha

Para a propagao dos casos de onda no software SMC Cantbria se fez

necessria a definio de malhas numricas. Para isso realizou-se um estudo de

discretizao das mesmas de forma a balancear o tempo necessrio para

processamento de dados e a preciso numrica dos resultados.

Uma vez conhecida as limitaes do software quanto quantidade de

elementos de malha, optou-se pelo acoplamento de duas malhas com discretizao

diferenciada (Figura 20). A malha menos refinada (80x80m) foi posicionada na rea

de maior profundidade, local no qual a batimetria possui menor detalhamento. Por

outro lado, a mais refinada (10x10m) foi posicionada nas proximidades da costa,

devido maior quantidade de dados batimtricos nessa regio. Observa-se por meio

da Figura 20 que devido s limitaes nas dimenses das malhas e diferenas de

ngulos de incidncia de onda, cada malha foi definida com dimenses prprias, de

acordo com as singulares caractersticas de cada caso de onda selecionado.

32

Figura 20: Lanamento das malhas para ondulaes de: a) Sudeste b) Leste c) Nordeste

A direo utilizada para o lanamento das malhas procurou acompanhar a

angulao de cada uma das ondulaes incidentes (146 para de sudeste, 180 para

a de leste e 153 para nordeste). Essa definio visa reduzir erros numricos

relativos s variaes existentes entre a inclinao da malha e o ngulo de

incidncia da ondulao propagada.

Finalmente, atravs da definio das malha numricas e com base nos dados

batimtricos iniciou-se a modelagem numrica atravs da interpolao linear desses

dados, com auxlio do softwareI Surfer, para definio da superfcie final da malha.

a) b) c)

33

3 RESULTADOS

Com base na metodologia descrita anteriormente, este captulo tem por

objetivo completar um ciclo de anlises da praia da Armao do Pntano do Sul.

Primeiramente sero apresentados resultados para as condies atuais da regio

que fundamentem o regime de ondas, correntes e transporte de sedimentos para

posterior anlise das possveis aes de recuperao da praia, dos tipos de

interveno a serem adotados, bem como do impacto da escolha dessas no regime

hidrodinmico.

Os resultados sero apresentados em duas etapas, a primeira ilustrada

atravs da anlise do cenrio atual da praia e a segunda com a implantao de

sugestes de intervenes de engenharia, caso seja verificada a sua necessidade.

Desta forma, as mudanas na forma em planta da praia, cenrio atual versus

cenrio futuro, sero confrontados.

4.1. Modelo Emprico Caracterizao da Praia

Para a aplicao do Modelo Parablico (MP),

proposto por Hsu e Evans em 1989, utilizou-se o

desenho em planta da Praia da Armao do Pntano

do Sul.

Utilizando uma das hipteses bsicas do

modelo, definiu-se como direo de incidncia do

fluxo mdio de energia da praia as ondas de leste,

uma vez que, conforme a teoria, a praia tende a ser

moldada transversalmente direo de ataque das

ondas predominantes mesma (Figura 21).

De posse dos contornos da linha de costa da

praia, optou-se por um modelo mais simplificado no

qual se identificou apenas um ponto onde ocorre a

difrao das ondas, ponto este localizado na

extremidade da ilha das Campanhas, este obstculo fsico responsvel por alterar

a forma das cristas das ondas que chegam praia. Unindo este ponto de difrao,

ponto de controle no qual o modelo exerce influncia na morfologia da linha de

Figura 21: Definio da direo das ondas dominantes

34

costa, ao final da seo retilnea da praia definiu-se a linha de controle

(R=808metros).

Na sequncia, traou-se graficamente a direo predominante de ondas

direo leste definida durante a anlise inicial dos contornos da praia obtendo-se o

ngulo de 69.8o entre a linha de controle e a direo da onda dominante.

Finalmente, realizaram-se os ajustes finos no modelo parablico de maneira a

identificar, como por exemplo, o perodo das ondas incidentes (8.5 segundos) e a

profundidade do ponto de difrao (10 metros).

A aplicao do Modelo Parablico obtido para o cenrio atual pode ser

visualizado na Figura 22 a seguir.

Figura 22: Etapas da elaborao do MP. a) Entrada de dados linha de costa e batimetria b)

Lanamento e ajuste do MP c) Praia de Equilbrio

Por meio da Figura 23 possvel perceber que o Modelo Parablico aplicado

na da praia da Armao contemplou um comprimento total de 2.220 metros da linha

de costa existente, abrangendo assim as zonas de vulnerabilidade eroso

classificadas como alta e muito alta identificadas por Mazzer (2007). A figura

tambm detalha as dimenses da praia de acordo com o modelo terico adotado, no

qual a seo retilnea da praia existente totalizou 1.060 metros adicionados aos

1.160 metros que definiram a zona de sombra.

35

Figura 23: Dimenses da linha de costa analisada

Comparando-se a linha de costa existente com a linha de costa terica obtida

com a aplicao do modelo (linha azul da Figura 22c) foi possvel caracterizar uma

situao de equilbrio dinmico da praia analisada. Logo, a partir do mtodo de Hsu

utilizado, a Praia apresenta uma componente longitudinal de corrente de ondas

diferente de zero, causando um transporte sedimentar longitudinal e

consequentemente uma variao da largura da parte emersa da praia. A Figura 24 a

seguir apresenta essa zona ativa (hachurada em vermelho) da praia resultante da

aplicao do modelo terico.

Figura 24: Variao da largura da parte emersa da Praia Zona Ativa

36

Assim, possvel perceber que, de acordo com o ponto de difrao adotado,

o modelo demonstra que a praia busca se ajustar as variaes de energia

hidrodinmica, variando a largura da parte emersa na rea mais interna da parbola.

Apesar dessa busca pelo equilbrio ser natural e esperada, a urbanizao existente

na regio impede que esse equilbrio seja atingido em situaes de alta energia

hidrodinmica, potencializando os problemas de eroso costeira neste setor. Nesta

linha de pensamento, fazem-se necessrias medidas mitigadoras para a situao de

equilbrio dinmico apontado pelo modelo.

Percebe-se ento, a necessidade de se fornecer uma ou mais opes para

converter essa condio instvel da praia para uma condio de equilbrio, sendo

necessrio um estudo mais aprofundado do funcionamento das ondas, correntes e

transporte de sedimentos que ocorrem no cenrio atual da regio.

4.2. Modelagem Numrica Situao Atual

Na sequncia so apresentados os diagramas de cristas e cavas, altura de

onda significativa, corrente gerada pela ao das ondas e transporte de sedimentos

obtidos para cada um dos 3 (trs) casos de ondas selecionados (sudeste, leste e

nordeste). Os resultados foram obtidos por meio da modelagem numrica para a

situao atual da Praia.

37

Figura 25: Ondulao de Sudeste a) Diagrama das cristas e cavas. b) Altura de onda significativa.

a) b)

38

Figura 26: Ondulao de Sudeste a) Correntes geradas pela onda. b) Transporte de sedimentos.

a) b)

39

Figura 27: Ondulao de Leste a) Diagrama das cristas e cavas. b) Altura de onda significativa.

a) b)

40

Figura 28: Ondulao de Leste a) Corrente gerada pela onda. b) Transporte de sedimentos.

a) b)

41

Figura 29: Ondulao de Nordeste a) Diagrama das cristas e cavas. b) Altura de onda significativa.

a) b)

42

Figura 30: Ondulao de Nordeste a) Corrente gerada pela onda. b) Transporte de sedimentos.

a) b)

43

Os resultados apresentados contriburam para uma melhor compreenso do

funcionamento da praia e permitiram o delineamento de um modelo conceitual a

partir de certos padres de comportamento. O promontrio da ilha das Campanhas,

por exemplo, gera uma zona de sombra no flanco curvo da Praia, uma vez que,

devido difrao sofrida pelas ondas incidentes ao encontrar tal promontrio a

energia das mesmas dissipada resultando em ondas de menor altura (conforme

pode ser visualizado na Figura 25, Figura 27 e Figura 29). Essa caracterstica

perceptvel para todos os padres de ondas selecionados, porm em menor

intensidade para ondulaes de Nordeste, uma vez que as mesmas apresentam, de

forma geral, condies de baixa altura de onda (ver Figura 29).

Cita-se tambm a influncia da laje (parcel) existente nas guas da Armao,

que, de acordo com os resultados, dependente da direo das ondas incidentes,

uma vez que as ondulaes de leste e nordeste geram uma zona de reduo e outra

de aumento de altura das ondas e as de sudeste (condio mais energtica)

determina uma regio de focalizao de energia associada a duas de reduo

localizadas nas adjacncias do foco energtico (Figura 25b). Classificou-se essa

regio como uma zona migrante, uma vez que a mesma varia de acordo com o

ngulo de incidncia das ondulaes. A influncia desse pequeno parcel tambm

responsvel por alterar o fluxo de corrente gerada pelas ondas e de transporte de

sedimento. Na Figura 26, Figura 28 e Figura 30 possvel visualizar um intenso

vrtice gerado nesses fluxos de correntes e transporte de sedimentos prximos

atuao da laje.

Destaca-se ainda que no trecho sul da praia as diferenas de alturas de

ondas geradas tanto pelas alteraes na batimetria quanto pela difrao das ondas

em maior grau devido ao promontrio da ilha das Campanhas e em menor pela

presena do parcel geram um gradiente hidrulico que, contribuem para

movimentao dos sedimentos no sentido das maiores alturas de ondas para as

menores. Desta forma, de maneira geral, o transporte de sedimentos ocorre de norte

para sul em boa parte da praia. Alguns pontos nos quais perceptvel uma

divergncia dos sentidos das correntes longitudinais e transporte de sedimentos

tambm podem ser explicados pela formao de um gradiente hidrulico, como por

exemplo, na regio com diferenas de alturas geradas pela presena da laje.

44

4.3. Definio do Modelo Conceitual

Dos padres de transporte de sedimentos, avaliaram-se cautelosamente

todos os casos de onda modelados. Assim, tendo em vista os resultados obtidos

para ondulaes de nordeste e sudeste,caso mais energtico de onda na regio,

possvel estabelecer uma tendncia de carreamento dos sedimentos para o sentido

norte da praia (Figura 26b e Figura 30b).

Apesar da ondulao de leste apresentar um transporte contrrio ao

mencionado (Figura 28b), a movimentao dos sedimentos na direo norte tambm

pode ser identificada em uma anlise emprica do problema, uma vez que ntido

que a praia est sofrendo problemas devido eroso e o acmulo/depsito desse

sedimento removido no ocorre ao longo do trecho crtico estudado. A existncia da

faixa maior de areia ao norte da praia tambm corrobora a hiptese de que os

sedimentos deslocam-se nesse sentido.

Na sequncia a Figura 31 possibilita uma visualizao resumida das aes

que definem o funcionamento morfodinmico da Praia da Armao.

Figura 31: Caractersticas Morfodinmicas da Praia da Armao.

45

Considerando-se a caracterstica do carreamento de sedimentos para o norte,

percebeu-se a possibilidade de a praia do Matadeiro juntamente com o rio Quinca

serem uma antiga fonte de sedimentos agora obstruda pelo enrocamento existente

entre a praia da Armao e a ilha das Campanhas (Figura 32). Aborda-se essa

informao na qualidade de hiptese devido falta de registros ou simulaes

numricas que comprovem tal evidncia.

Figura 32: Hiptese de antigas fontes de sedimentos.

A seguir sero apresentadas as principais alternativas geradas por meio dos

modelos numricos para recuperao da praia da Armao, tais propostas foram

idealizadas tomando-se como base as caractersticas de funcionamento

hidrodinmico aqui identificadas.

4.4. Resultados das Simulaes das Propostas de Interveno

A partir do modelo conceitual e da condio de equilbrio dinmico verificada

por meio da aplicao do modelo emprico de Hsu foi possvel sugerir alternativas de

engenharia cos

anÁlise hidrodinÂmica e de padrÕes de transporte de sedimentos e propostas para a recuperaÇÃo...

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