estruturas de protecção de margens de rios

SELEO E DIMENSIONAMENTO DE ESTRUTURAS DE PROTEO DE

MARGENS DE RIOS. APLICAES PRTICAS

CRISTVO FILIPE NOBRE ANTO

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM HIDRULICA

Orientador: Professor Doutor Rodrigo Jorge Fonseca de Oliveira Maia

JULHO DE 2012

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2011/2012

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

20011/2012 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2012.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o

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Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo

Autor.

Seleo e Dimensionamento de Estruturas de Proteo de Margens de Rios. Aplicaes Prticas

minha Famlia

Strive for perfection in everything you do. Take the best that exists and make it better.

When it does not exist, design it.

Sir Henry Roice


i

AGRADECIMENTOS

Quero agradecer minha famlia e amigos pelo apoio sem fronteiras a mim dedicado, tornando

possvel a elaborao deste trabalho, nas melhores condies.

Ao meu orientador Professor Doutor Rodrigo Maia e ao Hlder Magalhes, agradeo a pacincia,

dedicao e apoio na elaborao da tese.

Seria da mesma forma impossvel a finalizao desta etapa da minha vida sem a ajuda e companhia

especial do Eng. Jos Geraldes, Eng. Pedro Silva, Eng, Tiago Cunha, Tc. Joel Soares, Eng. Ricardo

Teixeira, da Mnica Anto e de todo o pessoal da especialidade de Hidrulica. Pelos momentos de

trabalho e de folia, com desejo que se prolonguem em momentos prximos, muito obrigado.

Obrigado


ii


iii

RESUMO

A eroso das margens dos rios, causada pelos caudais de escoamento maiores que o dominante,

expressa-se por alteraes geomorfolgicas nas fronteiras slidas do canal das sees mais expostas ao

desgaste, necessitando estas da mo do homem para travar o avano das guas em direo aos terrenos

e bens existentes nas zonas ribeirinhas que se entenda ser necessrio proteger.

A ponderao entre as tcnicas de engenharia tradicional ou de engenharia natural esbarra na

dificuldade de seleo de caratersticas pretendidas para a seleo da melhor estrutura de reabilitao

da margem, sendo esse o problema que se pretende resolver no contexto deste trabalho, partindo do

conhecimento do estado dessa arte at aos dias de hoje.

Para a obteno da metodologia de seleo e dimensionamento das estruturas de proteo de margens

de rios primeiramente apresentado o procedimento de avaliao do estado da margem para

reconhecimento das caratersticas da margem erodida e identificao dos problemas em questo, que

as estruturas de proteo apresentadas posteriormente, objetivam resolver. A fase principal reside na

delineao da dita metodologia, resultante da reunio de caratersticas hidrulicas, hidrolgicas,

geotcnicas, ambientais, ecolgicas, sociais, tcnicas e econmicas de um caso de estudo, de forma a

tornar a escolha da tcnica de reabilitao, o mais eficaz e adequada. A avaliao qualitativa e

quantitativa dessa seleo vai desenrolar-se em volta de uma adaptao da metodologia de

Biedenharn, por ser uma das escassas formais propostas de seleo em que os pontos prioritrios so

adequados proteo das margens.

Atravs da pontuao atribuda cumplicidade do cruzamento de caratersticas da margem e das

estruturas de proteo mais comuns e completas, conseguida atravs da observao in situ numa curta

e simples gama de recolha de dados, foi possvel obter uma forma de selecionar a estrutura que mais

vantagens oferece, nos vrios campos do contexto.

A aplicao da metodologia proposta ento feita para um troo de Lanheses, cujas margens do rio

Lima se encontram em signiticativo estado de degradao e eroso, de acordo com a ARH do norte, de

forma a serem obtidas as melhores solues para o caso, em comunho com as possibilidades tcnicas,

ambientais, econmicas, sociais e legais.

PALAVRAS-CHAVE: Eroso, proteo de margens, estruturas tradicionais, engenharia natural.


iv


v

ABSTRACT

Erosion of river stream banks resulting by the often higher flow rates than the dominant one, causing

geomorphological changes at the solid boundaries of the channel sections specifically at the most

exposed ones, need the help of man to halt the advance of the water toward the land and existing assets

by the riparian zones that necessarily needs protection.

The weighing scale between traditional engineering techniques or natural engineering ones collides

with the difficulty of selecting the desired features of the rehabilitation for the margin, which is the

problem to be solved in the context of this work, through the knowledge of the state of the art up to the

present day.

To obtain the selection and dimensioning methodology of riverbanks protecting structures is first

introduced the procedure for assessing the state of the stream bank, for recognition of the eroded

margins features and identification of the problems in question that in the end, the protective structures

presented aim to solve. The main phase resides at the delineation of that methodology, resulting from the assembly of hydraulic, hydrological, geotechnical, environmental, ecological, social, technical and

economical characteristics of a case study, in order to make the most effective and appropriate choice

of a specific rehabilitation technique. A qualitative and quantitative evaluation of this selection will

take place around an adaptation of Biedenharn methodology, for being one of the few formal

proposals for selection which priority points are adequate to stream bank protection.

Knowing the score attributed to the crossing connivance between the stream bank and most common

and universal protection structures characteristics, achieved with in situ observation and a simple range of data collection, it was possible to obtain a way to select the structure that most benefits offers,

at the different fields of context.

The methodology is then applied to a section of Lanheses, whose river banks of Lima river are

actually at a considerable state of degradation and erosion, according to the north ARH, as a way to

obtain the best solutions for the case, in communion with technical, environmental, economic, social

and legal limits.

KEYWORDS: Erosion, bank river protection, traditional structures, bioengineering.


vi

Seleo e dimensionamento de estruturas de proteo de margens de rios. Aplicaes prticas

vii

NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

RESUMO .................................................................................................................................................. iii

ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

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

2. ESTADO DA ARTE ....................................................................................................... 3

2.1. MBITO ............................................................................................................................................. 3

2.2. MTODOS ......................................................................................................................................... 4

2.2.1. CARATERIZAO DOS RIOS E DA EROSO .................................................................................. 4

2.2.2. CARATERIZAO DO ESTADO DA MARGEM ................................................................................. 4

2.2.2.1. BANCS ........................................................................................................................................ 4

2.2.2.2. Pfankuch ..................................................................................................................................... 5

2.2.3. TCNICAS DE SELEO DE ESTRUTURAS .................................................................................... 6

2.2.3.1. Biedenharn .................................................................................................................................. 6

2.3. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS.................................................................................... 7

2.3.1. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS TCNICAS TRADICIONAIS ................................... 7

2.3.2. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS TCNICAS NATURAIS ........................................ 10

2.4. ANLISE CRTICA ........................................................................................................................... 15

3. ESTADO DA MARGEM ........................................................................................... 17

3.1. CARATERSTICAS DA MARGEM ..................................................................................................... 17

3.1.1. SOLOS ......................................................................................................................................... 17

3.1.1.1. Aspetos mecnicos granulometria ......................................................................................... 18

3.1.1.2. Estratificao do solo ................................................................................................................ 20

3.1.2. GEOMETRIA ................................................................................................................................. 21

3.1.2.1. Inclinao natural do talude ...................................................................................................... 21

3.1.2.2. Altura da margem ...................................................................................................................... 22

3.1.3. VEGETAO ................................................................................................................................ 22

3.1.3.1. Tipos de vegetao ................................................................................................................... 23

3.1.3.2. Localizao na envolvente ........................................................................................................ 23

3.2. CAUSAS DE INSTABILIDADE .......................................................................................................... 24

3.2.1. LOCALIZAO DA EROSO ......................................................................................................... 24


viii

3.2.2. TIPO DE ROTURA ........................................................................................................................ 25

3.2.2.1. Deslizamento ............................................................................................................................ 25

3.2.2.2. Derrube ..................................................................................................................................... 25

3.2.2.3. Eroso prolongada ................................................................................................................... 25

3.3. AES SOBRE A MARGEM ............................................................................................................ 26

3.3.1. AES ATUANTES ...................................................................................................................... 26

3.3.1.1. Velocidade ................................................................................................................................ 26

3.3.1.2. Tenso ...................................................................................................................................... 27

3.3.2. MOVIMENTO INCIPIENTE ............................................................................................................ 28

3.3.2.1. Velocidade crtica ..................................................................................................................... 28

3.3.2.2. Tenso crtica de arrastamento ................................................................................................ 29

3.4. ENVOLVENTE ................................................................................................................................. 30

3.5. CAUDAIS DE CHEIA ........................................................................................................................ 31

3.6. RECOLHA IN SITU .......................................................................................................................... 31

4. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS: Critrios e Vantagens .................................................................................................................................. 33

4.1. MBITO .......................................................................................................................................... 33

4.2. ASPECTOS GERAIS DAS ESTRUTURAS DE PROTEO ................................................................ 33

4.2.1. MATERIAIS .................................................................................................................................. 34

4.2.2. ADEQUABILIDADE ....................................................................................................................... 35

4.2.3. RESISTNCIA .............................................................................................................................. 36

4.2.4. OPORTUNIDADES E LIMITAES ............................................................................................... 37

4.2.5. CUSTO ........................................................................................................................................ 38

4.3. ESTRUTURAS DE PROTEO ENGENHARIA NATURAL ............................................................. 39

4.3.1. REVEGETAO/ESTACARIA VIVA ................................................................................... 39

4.3.1.1. Aspetos da geometria .................................................................................................. 39

4.3.1.2. Adequabilidade aos fenmenos de instabilidade ............................................................. 39

4.3.1.3. Material necessrio ..................................................................................................... 39

4.3.1.4. Tenses resistentes .................................................................................................... 40

4.3.1.5. Impacto visual e ambiental ........................................................................................... 40

4.3.1.6. Custo ml da interveno .............................................................................................. 40

4.3.2. EMPACOTAMENTOS ...................................................................................................... 41



ix






4.3.3. MURO VIVO (LOG CRIBWALL) ......................................................................................... 43

4.3.3.1. Aspetos da geometria ................................................................................................. 43






4.4. ESTRUTURAS DE PROTEO ENGENHARIA TRADICIONAL ............................................... 44

4.4.1. GABIES ..................................................................................................................... 44







4.4.2. RIPRAP ....................................................................................................................... 47







4.4.3. BLOCOS PR-FABRICADOS............................................................................................ 48




4.4.3.4. Aes resistentes ....................................................................................................... 50



x


4.4.4. MURO DE BETO ARMADO ............................................................................................ 50




4.4.4.4. Aes resistentes ....................................................................................................... 51



4.5. ESTRUTURAS DE PROTEO TCNICAS COMPLEMENTARES............................................ 52

4.5.1. ARGAMASSAS .............................................................................................................. 52

4.5.2. GEOTXTEIS ................................................................................................................ 53

4.5.3. FACHINAS .................................................................................................................... 54

4.5. CONSIDERAES RELATIVAS METODOLOGIA ................................................................. 56

4.5.1. O P DO TALUDE .......................................................................................................... 56

4.5.2. O TOPO DA MARGEM .................................................................................................... 57

4.6. RESUMO DAS TCNICAS - PONTOS FORTES ...................................................................... 58

5. METODOLOGIA ............................................................................................................. 59

5.1. DESCRIO DA METODOLOGIA .................................................................................................... 59

5.2. PARMETROS INSERIDOS NA METODOLOGIA .............................................................................. 60

5.2.1. TIPO DE SOLO/FERTILIDADE ...................................................................................................... 61

5.2.2. ESTRATIFICAO DO SOLO/TIPO DE ROTURA DA MARGEM ..................................................... 62

5.2.3. ANGULO DE TALUDE NATURAL DA MARGEM.............................................................................. 63

5.2.4. ALTURA DA MARGEM .................................................................................................................. 64

5.2.5. VEGETAO E MATRIA-PRIMA NA ENVOLVENTE .................................................................... 65

5.2.6. TIPO DE USO PS-INTERVENO .............................................................................................. 67

5.2.7. ACESSOS AO LOCAL ................................................................................................................... 68

5.2.8. TENSO CRTICA DE ARRASTAMENTO ....................................................................................... 69

5.2.9. IMPACTO AMBIENTAL E IMPACTO VISUAL .................................................................................. 71

5.3. INFLUNCIA DAS TCNICAS COMPLEMENTARES ......................................................................... 72

5.4. A IMPORTNCIA DE CONSTRUES ANTERIORES ....................................................................... 72

5.5. MTODO DE SELEO .................................................................................................................. 73

5.5.1. ORGANIZAO ........................................................................................................................... 73

5.5.2. FASE 2 - PR-SELEO DE SOLUES..................................................................................... 75


xi

5.5.3. FASE 3 - SELEO DA SOLUO FINAL ..................................................................................... 75

5.5.3.1. Desempenho estrutural ............................................................................................................. 75

5.5.3.2. Qualidade global do meio ambiente .......................................................................................... 75

5.5.3.3. Limitaes e exigncias scio-econmicas .............................................................................. 76

6. O RIO LIMA, LANHESES, COMO O CASO DE ESTUDO ..... 77

6.1. ENQUADRAMENTO DO CASO DE ESTUDO ..................................................................................... 77

6.2. RECONHECIMENTO DO ESTADO DAS MARGENS ........................................................................... 78

6.2.1. TROO 1 ..................................................................................................................................... 79

6.2.2. TROO 2 ..................................................................................................................................... 80

6.2.3. TROO 3 ..................................................................................................................................... 81

6.3. SELEO SOLUES MAIS RAZOVEIS ........................................................................................ 82

6.3.1. TROO 1 ..................................................................................................................................... 82

6.3.2. TROO 2 ..................................................................................................................................... 82

6.3.3. TROO 3 ..................................................................................................................................... 83

6.4. FASE 3 - SOLUO FINAL ESPECIFICAES ............................................................................ 83

6.4.1. TROO 1 ..................................................................................................................................... 83




6.4.2. TROO 2 ..................................................................................................................................... 85




6.4.3. TROO 3 ..................................................................................................................................... 86




7. CONCLUSES ................................................................................................................ 89

BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................................... 91

ANEXOS


xii


xiii

NDICE DE FIGURAS

Fig. 1 Exemplo de tabelas de Pfankuch para caratersticas Ms. ........................................................ 5

Fig. 2 Exemplos da aplicao de enrocamento - Brighetti (2001). ....................................................... 7

Fig. 3 Exemplo da aplicao do riprap NCRS (1996). ....................................................................... 8

Fig. 4 Exemplo de aplicao dos gabies caixa s margens de um rio. .............................................. 8

Fig. 5 Vrios tipos de gabies: Gabio saco ( esquerda) Escarameira (1998) e colches reno ..... 9

Fig. 6 Exemplo de um muro de beto armado na proteo de margens ............................................. 9

Fig. 7 Aplicao de estacaria viva atravs de geotxtil ...................................................................... 11

Fig. 8 Aplicao de fachinas no reforo do p do talude .................................................................... 12

Fig. 9 Exemplo da implantao de brushlayering. .............................................................................. 12

Fig. 10 Empacotamento: implantao ( esquerda) e evoluo aps meio ano ( direita). .............. 13

Fig. 11 Exemplo de um muro vivo ....................................................................................................... 13

Fig. 12 Exemplo de um geogrid wall ................................................................................................... 14

Fig. 13 Exemplo de aplicao da hidrosementeira. ............................................................................ 14

Fig. 14 Srie de peneiros ( esquerda) e relao com o tipo de solo ( direita). ............................... 18

Fig. 15 Tringulo de Feret com classificao dos solos Fernandes (2006). ................................... 19

Fig. 16 Curva granulomtrica de um solo melhor (em cima) ou pior graduado (em baixo). .............. 19

Fig. 17 Exemplo de um solo homogneo no estratificado arenoso ( esquerda) e de um solo misto

estratificado ( direita). ........................................................................................................................... 20

Fig. 18 Modo de medio do ngulo da margem Magalhes (2010), adaptado de Rosgen (2001).21

Fig. 19 Representao da vegetao ribeirinha Teiga (2011), adaptado de Fisrwg (1998). .......... 23

Fig. 20 Perfil transversal da vegetao ribeirinha Teiga (2011), adaptado de Fisrwg (1998). ........ 24

Fig. 21 Esquema representativo de rotura da margem por deslizamento Cortes (2004). ............... 25

Fig. 22 - Esquema representativo de rotura da margem por derrube Cortes (2004). ........................ 25

Fig. 23 Esquema representativo de um processo erosivo mais complexo e prolongado Cortes

(2004). .................................................................................................................................................... 26

Fig. 24 Distribuio de velocidades num canal de seo trapezoidal - Hewlett (1987)...................... 27

Fig. 25 Distribuio das tenses de arrastamento nos fundos e talude de um canal Chow (1959).29

Fig. 26 Diagrama de escolha da tcnica mais adequada inclinao do talude da margem Fisrwg

(1998). .................................................................................................................................................... 36

Figura 27 Corte transversal de um exemplo de aplicao da estacaria viva adaptado de NCRS

(1996). .................................................................................................................................................... 40

Fig. 29 Corte transversal de um exemplo de aplicao de empacotamento - adaptado de NCRS

(1996). .................................................................................................................................................... 42


xiv

Fig. 30 Corte transversal de um exemplo de aplicao de cribwall adaptado de NCRS (1996). ... 44

Fig. 31 Corte transversal de um exemplo de aplicao de gabies-caixa adaptado de NCRS

(1996)..................................................................................................................................................... 46

Fig. 32 - Corte transversal de um exemplo de aplicao de riprap adaptado de NCRS (1996). ....... 48

Fig. 33 Blocos pr-fabricados de beto: soltos ( esquerda) e unidos ( direita), Lemos 2008. ....... 49

Fig. 34 Exemplo de aplicao de relva armada - Lemos (2008). ....................................................... 50

Fig. 35 Colocao de betume no talude da margem de um rio Lemos (2008). .............................. 53

Fig. 36 Geomalha ( esquerda) e geomanta com betume de preenchimento ( direita) Escarameia

(1998)..................................................................................................................................................... 54

Fig. 28 Fachinaria simples ( esquerda) e rolos de ramos vivos pr-preparados ( direita). ............ 55

Fig. 37 Zonas da margem definidas em margens intervencionadas Biedenharn (1997). .............. 56

Fig. 38 Vista em corte transversal e superior de uma estacaria viva, ................................................ 57

Fig. 39 Fluxograma expositrio da organizao da metodologia de seleo da soluo final. ......... 74

Fig. 40 Imagem sattile do caso de estudo ........................................................................................ 79

Fig. 41 Situao da margem em Abril 2012 ( esquerda) e Julho 2012 ( direita) troo 1 ............ 79

Fig. 42 - Situao da margem em Abril 2012 ( esquerda) e Julho 2012 ( direita) troo 2 ............. 80

Fig. 43 - Situao da margem em Abril 2012 ( esquerda) e Julho 2012 ( direita) troo 3 ............. 81

Fig.44 - Ilustrao da seco tipo da estrutura de proteo seleccionada pela aplicao da

metodologia margem de estudo. ........................................................................................................ 88


xv

NDICE DE TABELAS

Tabela 1 Modo de proteo segundo as caratersticas da Engenharia Natural, (Teiga 2011,

adaptado de Fisrwg 1998). ..................................................................................................................... 10

Tabela 2 Valores do ngulo de atrito interno para solos granulares tpicos Fernandes (2006). ..... 22

Tabela 3 Velocidades crticas para materiais no coerentes, Neill (1973). ........................................ 28

Tabela 4 - Velocidades crticas para materiais coerentes, Neill (1973). ................................................ 29

Tabela 5 Tenso crtica de arrastamento para partculas de solos no coesivos .............................. 30

Tabela 6 - Tenso crtica de arrastamento para partculas de solos coesivos ...................................... 30

Tabela 7 Sntese de tcnicas e estimativa de preos para construo em meio hdrico adaptado

de Teiga (2011). ..................................................................................................................................... 39

Tabela 8 Adequabilidade das tcnicas alvo de seleo. .................................................................... 58

Tabela 9 Classificao geral dos critrios objeto de pontuao. ........................................................ 61

Tabela 10 Classificao da relao tcnica/ tipo de solo ................................................................... 61

Tabela 11 Associao do parmetro revisto s tcnicas mais adequadas ........................................ 62

Tabela 12 - Classificao da relao Estratificao/ Rotura da margem .............................................. 63

Tabela 13 Tcnicas vs Tipo de rotura/Estratificao do solo ............................................................. 63

Tabela 14 - Classificao da relao tcnica/ inclinao do talude ....................................................... 64

Tabela 15 - Tcnicas vs inclinao talude ............................................................................................. 64

Tabela 16 - Classificao da relao tcnica/ Altura da margem .......................................................... 65

Tabela 17 Tcnicas vs Altura da margem ........................................................................................... 65

Tabela 18 - Classificao da relao Materiais presentes/ Matria-prima necessria .......................... 66

Tabela 19 - Tcnicas vs Matria-prima abundante ................................................................................ 67

Tabela 20 - Classificao da relao tcnica/ Risco e exposio ......................................................... 67

Tabela 21 Tcnicas vs interao actividades do homem ................................................................... 68

Tabela 22 Classificao da relao tcnica/ Risco e exposio ........................................................ 68

Tabela 23 - Tcnicas vs interao actividades do homem .................................................................... 69

Tabela 24 Tenses crticas de arrastamento das protees de margens mais comuns, adaptado de

Cortes. .................................................................................................................................................... 69

Tabela 25 - Classificao da relao aes externas............................................................................ 70

Tabela 26 - Tcnicas vs Tenso atuante/resistente .............................................................................. 71

Tabela 27 - Classificao da relao tcnica/ impactos ambiental e visual .......................................... 72

Tabela 28 - Tcnicas vs Impacto ambiental/visual ................................................................................ 72


xvi

Tabela 29 Caraterizao do estado da margem para o troo 1. ........................................................ 80

Tabela 30 Caraterizao do estado da margem para o troo 2. ........................................................ 81

Tabela 31 - Caraterizao do estado da margem para o troo 3. ........................................................ 82

Tabela 32 Pontuao resultante da fase 2 para o troo 1. ................................................................ 82

Tabela 33 - Pontuao resultante da fase 2 para o troo 2. ................................................................. 83

Tabela 34 - Pontuao resultante da fase 2 para o troo 3. ................................................................. 83


xvii

SMBOLOS E ABREVIATURAS

Vs - peso das partculas

- peso volmico

- teor em gua

- ndice de vazios

n - porosidade

S - grau de saturao

D50 dimetro com 50 % peso da amostra retida

- coeficiente de permeabilidade do solo

Vm - velocidade mdia

Ucr velocidade crtica

- tenso de arrastamento

NRCS Natural Resources Conservation Service

BANCS Bank Assessment for Non-Point Source Consequences of Sediment

BEHI - Bank Erosion Hazard Index

NBS - Near Bank Shear Stress

TET Tcnicas de Engenharia Tradicional

TEN - Tcnicas de Engenharia Natural


xviii


1

1 INTRODUO

As estruturas de proteo de margens de rios merecem neste trabalho especial ateno, sendo dado

destaque essencialmente s fases de seleo e dimensionamento das mesmas. A implementao de

estruturas de proteo numa margem requer, antes de mais, a anlise de diversos parmetros locais

relacionados com a hidrulica, a hidrologia, a geologia, geomorfologia, geotecnia, ecologia, biologia,

bem como questes scio-econmicas e do foro legal.

A estrutura de proteo a utilizar numa margem dever responder s exigncias das entidades gestoras

envolvidas na interveno, mas tambm ao grau de eroso da margem e consequente risco para as

atividades ou bens localizados na envolvente margem a intervencionar. O presente estudo incide na

comparao entre os dois grandes grupos de estruturas, as TETs ou tcnicas de engenharia tradicional

e as TENs ou tcnicas de engenharia natural, mais frequentemente nomeadas de bioengenharia.

Torna-se assim evidente que a seleo da estrutura, considerada mais adequada, para um caso de

estudo especfico, ter de resultar sempre de uma anlise multicritrio. Embora esta anlise

multicritrio de escolha da estrutura de proteo seja abordada por vrios autores, como Biedenharn

(1997), sendo a mais polivalente e completa, nenhuma delas chega a uma formulao exata que dite,

atravs da quantificao de todos os fatores de seleo envolvidos e com preciso suficiente, uma

soluo sem sobredimensionamento e consequente desperdcio de materiais, equipamentos, mo-de-

obra e investimentos.

Esta dissertao, tem assim, como objetivo criar uma metodologia de seleo multicritrio para ser

utilizada por projetistas e entidades gestoras para auxlio no processo de seleo e dimensionamento

de estruturas de proteo de margens de rios, e posterior aplicao a um caso de estudo proposto pela

ex-ARH do Norte.

Deste modo, o presente trabalho, encontra-se dividido em sete captulos. No captulo 2 Estado da

arte feita uma apresentao das tcnicas contemporneas mais usais na proteo das margens,

diferenciadas pela rigidez da sua natureza, em tcnicas de engenharia tradicional e tcnicas de

engenharia natural. Com a crescente sensibilizao pblica com a conservao da Natureza procura-se

um equilbrio na utilizao dos dois tipos de estrutura de modo a aproveitar as vantagens que cada um

deles proporciona na resistncia eroso e na manuteno da margem o mais inalterada possvel em

relao alternativa zero. Para a obteno deste objetivo so reunidas ideias resultantes de

investigaes das diversas reas envolvidas para a criao de uma metodologia de seleo, expostas e

analisadas neste captulo de forma reunio dos respetivos pontos fortes e deficincias relevantes para

o contexto.


2

No captulo 3 Avaliao do estado da margem, feita uma anlise das caratersticas da margem e da

sua envolvente, consideradas importantes para a definio dos aspetos mais relevantes para a escolha

da estrutura de proteo da margem.

O captulo 4 Parmetros de seleo da estrutura Critrios e vantagens, relaciona os critrios

enunciados no captulo com as vantagens de cada tipo de estrutura que as tornam mais adequadas que

outras, face ao estado da margem.

No captulo 5 Metodologia exposta a ordem de pensamento para a seleo das estruturas mais

adequadas e final deciso para a soluo final. So descritas as diferentes fases do processo de seleo,

incluindo os procedimentos de valorizao dos critrios de diferenciao entre as vrias solues

possveis para a margem erodida.

A aplicao prtica da metodologia feita num caso de estudo, no captulo 6 deste trabalho. O caso de

estudo um troo do Rio Lima, na margem norte face a Lanheses, ligeiramente a montante da ponte

de Lanheses.

No captulo 7 Concluses so expostas as consideraes finais sobre a dissertao bem como

possveis formas de aperfeioamento para o futuro.


3

2 ESTADO DA ARTE

2.1. MBITO

As estruturas para proteo das margens de um rio tm como objetivo dotar a margem de uma

resistncia adicional, que lhe permita resistir s aes provocadas pelo escoamento dos caudais do rio,

e deste modo contribuir para a defesa de propriedades e bens pblicos ou privados, localizados perto

das margens do rio. As tenses no permetro molhado do escoamento a partir de um dado caudal, num

rio cujo leito e seco no se encontram adaptados a um associado maior tranporte lquido e de

slidos, fazem com que se crie uma tendncia alterao da morfologia do rio de forma a dissipar

essas tenses, num fenmeno dinmico erosivo. ento que surge a eroso no leito e nas margens,

sendo a segunda que interessa aprofundar no contexto da investigao entra em ao.

A Engenharia Fluvial tem estudado diversos tipos de estruturas para evitar esta alterao da

morfologia das margens, quer seja atravs de mtodos mais pesados utilizando materiais de engenharia

tradicional ou atravs do uso da biologia em articulao com tcnicas naturais.

A estabilizao das margens uma etapa fundamental da reabilitao das mesmas, restaurando-as para

fazerem face a esse sistema fsico instvel, enquanto a reabilitao associada a uma melhoria da

condio biolgica e fsica da margem degradada, a restaurao refere-se apenas devoluo da

margem ao seu estado natural de funcionamento - Kapitzke et al (1998) .

Nos pases em que esta atuao merece maior ateno, existem diretivas orientadas pela formalizao

e organizao das tcnicas de modo a que a construo das estruturas de proteo de margens decorra

segundo regras bem definidas. Uma delas, por exemplo, nos Estados Unidos da Amrica, a diretiva

do servio de conservao dos recursos naturais do Departamento da Agricultura americano, NRCS

Natural Resources Conservation Service.

Em Portugal, as linhas diretrizes da reabilitao de um troo devem estar de acordo com deliberaes

da ex-Administrao da Regio Hidrogrfica (ARH), do ex-Instituto da gua (INAG), do Plano

Nacional da gua (PNA), da Reserva Ecolgica e Agrcola Nacional (REN e RAN), do Plano Diretor

Municipal (PDM), entre outras.

Existe ainda a nvel europeu a Diretiva Quadro da gua, a nvel nacional a Lei da gua e o Plano

Nacional da gua e a nvel da bacia os Planos de Bacia Hidrogrfica e os Planos de Gesto de Regio

Hidrogrfica. O ex-INAG reala a necessidade de atenuar os principais constrangimentos legais nas

obras de requalificao, tais como: o dfice na execuo do Direito da gua, as fragilidades nas reas

do licenciamento e fiscalizao, a dbil aplicativa da Diretiva Quadro da gua e das convenes

internacionais, a insuficincia de quadros com formao adequada, a desarticulao das figuras de


4

ordenamento do territrio, o incumprimento da aplicabilidade legal e os escassos recursos econmico-

financeiros.

2.2. MTODOS

No contexto deste trabalho essencial conhecer formas de selecionar e dimensionar as diferentes

tcnicas existentes para reabilitao das margens. A descrio dos ecossistemas, das caratersticas e

utilizaes da margem e sua envolvente como fatores influentes no comportamento dos rios, tal como

da metodologia de seleo da estrutura mais adequada, o objetivo principal para uma efetiva

reabilitao dos mesmos. De seguida sero abordados esses trs tipos de mtodos de interesse, mais

especificamente: de caraterizao do rio e da envolvente, mtodos de recolha de dados e mtodos de

seleo de estruturas.

2.2.1. CARATERIZAO DOS RIOS E DA EROSO

As condies geomorfolgicas, ecolgicas, hidrulicas e hidrolgicas, definem em geral, o

comportamento de um rio, ficando os problemas de eroso e ecolgicos num determinado troo do

mesmo a dever-se alterao de uma ou de um conjunto destas condies.

Teiga (2011) desenvolveu uma metodologia para avaliao e mitigao dos impactes das diversas

reas, em reabilitao de rios e ribeiras em zonas edificadas. Merece toda a ateno para o contexto

deste trabalho, essencialmente pelas propostas de fichas de campo para avaliao do estado dos rios e

dos processos erosivos, atravs da caraterizao e quantificao do(a): estado da qualidade da gua

(ecolgica e fsico-qumica); hidrogeomorfologia (regime hidrolgico, caudal, dimenso do canal),

corredor ecolgico (vegetao, fauna, habitat), alteraes antrpicas (infraestruturas, usos do solo),

participao pblica (envolvimento pblico), organizao e planeamento (PGRH, PDM, REN).

A classificao dos diversos fatores em estudo integra dados resultantes da comparao com valores

de referncia disponibilizados pela Lei da gua e pela Diretiva Quadro da gua e tambm pelos

valores histricos da aplicao da metodologia do Teiga (2011) a locais similares.

2.2.2. CARATERIZAO DO ESTADO DA MARGEM

Com o intuito de identificar os parmetros de seleo da estrutura de proteo de margens de rios mais

adequados, alguns autores estabeleceram metodologias, principalmente para avaliao da eroso,

classificao dos rios, estabilidade da margem, etc. As metodologias referidas de seguida permitem o

enquadramento de ideias que possibilitam a criao de uma metodologia que rene o conjunto dessas

ideias para a obteno de uma nica soluo.

2.2.2.1. Mtodo BANCS

O mtodo BANCS, Bank Assessment for Non-Point Source Consequences of Sediment, elaborado por

Rosgen (2001), permite determinar a taxa de eroso anual, em metros por ano, utilizando para tala

conjugao de duas componentes: o BEHI, Bank Erosion Hazard Index e o NBS, Near Bank Shear

Stress.

O BEHI utiliza diversos dados recolhidos in situ, nomeadamente: a altura do talude da margem, a

distncia ao leito dominante, a profundidade de penetrao das razes, a proteo da superfcie do


5

talude e o ngulo do talude. Para cada um destes parmetros so associadas categorias de risco e

correspondente pontuao.

O ndice BEHI incorpora ainda as variaes mais comuns da margem, como o tipo de material ou a

estratificao do material das margens, que entram em equao como correes da pontuao, sendo

acrescentados ou retirados pontos conforme a penalizao ou apoio, respetivamente. Aps a soma das

pontuaes finalmente atribudo um risco BEHI para o caso em estudo, conforme o intervalo de

pontos em que se insira.

A avaliao NBS obtida atravs do gradiente de velocidades ou da relao entre tenses de

arrastamento da zona do talude e da zona do leito dominante. As tenses referidas so obtidas pela

frmula de Chow (1959) enquanto o gradiente de velocidades obtido atravs da relao entre as

velocidades medidas, em perfil vertical, junto margem, e a velocidade mxima obtida atravs de

diversas medies em vrias sees do rio.

2.2.2.2. Mtodo de Pfankuch

A classificao modificada de Pfankuch (1975) um mtodo que permite a avaliao da estabilidade

lateral da margem de um rio, analisando, para tal, quinze caratersticas correspondentes zona

superior da margem, zona inferior da margem e ao leito do rio (Fig. 1), sendo atribuda a cada

caraterstica uma pontuao. A classificao contempla quatro matrizes que exprimem a situao

dessas caratersticas segundo classificao Excelente, Boa, Razovel ou M, pontuando essas

caratersticas.

Este mtodo tem especial interesse no contexto do presente trabalho, pois a atribuio de pontuao s

caratersticas da margem segundo a condio da margem algo de todo similar anlise multicritrio

que ser feita mais frente para relacionar o estado da margem com a estrutura mais adequada para a

proteo das mesmas.

Localizao Chave Categoria Mau

Descrio Classificao

Zon

a su

pe

rio

r d

a m

arge

m

1 ngulo Margem ngulo > 60% 8

2 Instabilidade do canal Frequente, causando influxos regulares de sedimentos ou perigo iminente do mesmo

12

3 Quantidade de destroos Moderado a elevado, predominantemente por detritos de grande dimenso

8

4 Proteo da margem por vegetao < 50% densidade de plantas, poucas espcies e vigor indiciando pouca densidade de razes

12

Zon

a in

feri

or

da

mar

gem

5 Capacidade do canal Inadequado, extravazamento das margens frequente 4 6 Quantidade de rochas nas margens < 20% gravilha e rocha 3 8 cm 8

7 Obstruo ao escoamento Obstrues frequentes causando eroso durante o ano inteiro, ocorrncia de migrao do canal

8

8 Desgaste do material Contnuo, alguns com 60cm, deslizamentos frequentes

16

9 Deposio Depsitos extensivos, partculas finas, formao de novas barras

16

Leit

o d

o c

anal

10 Angularidade dos sedimentos Redondas em todas as dimenses superfcie lisa 4 11 Brilho Predominantemente brilhantes > 65% expostas 4 12 Consolidao do material sem consolidao evidente, facilmente removvel 8

13 Distribuio do material Varivel de material notvel, materiais estveis 0-20%. Deposio de areia

16

14 Infra-escavaes e deposio > 50% do leito em movimento alteraes durante o ano inteiro

24

15 Vegetao aqutica Espaadas ou ausentes, colorao verde-amarelado 4 Fig. 1 Exemplo de tabelas de Pfankuch para caratersticas Ms Pfankuch (1975).


6

2.2.3. TCNICAS DE SELEO DE ESTRUTURAS

2.2.3.1. Metodologia de Biedenharn

Em Biedenharn (1997), apresentada uma metodologia que permite a seleo de uma estrutura de

proteo mais adequada para um determinado projeto de reabilitao, baseada nos trabalhos

desenvolvidos no vale do baixo Mississippi, EUA, pelo autor. A organizao da metodologia consiste

numa matriz de classificao composta (no anexo A) pelos fatores de: eficincia em algumas

vertentes, adequabilidade ambiental e custos; em que os contedos da mesma e a definio dos fatores

pertinentes podem ser alterados de modo a satisfazer um determinado projeto.

Numa primeira fase da aplicao so eliminados os fatores irrelevantes, tal como as tcnicas de

proteo que no aplicveis ao caso. Biedenharn (1997) menciona que um projetista com experincia

suficiente deve ser capaz de, simplesmente atravs uma avaliao qualitativa dos fatores bsicos para

o caso, selecionar facilmente algumas tcnicas mais adequadas. Quanto aos fatores abordados e

expostos na matriz geral, so eles: a durabilidade da estrutura eroso e ao clima, a sua flexibilidade

fsica, a profundidade da gua na margem, limitaes de espao para a implantao da tcnica,

impacto das cheias, problemas no p e no topo da margem, os vrios impactos ambientais, ecolgicos

e visuais, custos de materiais, equipamentos e mo-de-obra.

Este mtodo segue uma segunda fase, de avaliao qualitativa e quantitativa, por esta ordem. A

avaliao qualitativa consiste em atribuir a classificao + para uma avaliao favorvel, um -

para uma avaliao desfavorvel, 0 para uma reao neutra e um ? para avaliao impossvel de

atribuir sem diferente anlise. Este tipo de anlise permite detetar deficincias em algumas

intervenes e, se assim se decidir, elimin-las como solues para o problema.

Para as restantes tcnicas no descartadas, feita uma anlise quantitativa em cinco nveis, de 1 para

menos favorvel at 5 de muito favorvel, sendo somadas no fim. O autor refere nesta obra a

importncia de aumentar o detalhe de avaliao de um ou outro fator mais relevante atravs de uma

sub-matriz, como comum ser feito para a adequabilidade ambiental, tal como a importncia de

atribuir diferentes pesos para cada fator de seleo baseado nas capacidades e limites regulados pelas

entidades e legislao envolvente.

Aps estas anlises, numa terceira e ltima fase, uma ponderao dos custos para as mais pontuadas

tcnicas, o fator final de seleo a ter em conta.


7

2.3. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS

A implantao de estruturas para a proteo das margens uma medida estrutural que aumenta a

resistncia da margem por intermdio de: cobertura da superfcie, ancoragem do solo, estruturao,

coeso, drenagem e ativao biolgica sendo que os principais materiais de construo usados so as

plantas, os inertes e os geotxteis.

Para o contexto interessa o estudo dos dois grandes tipos de tcnicas de proteo de margens, as TETs

e as TENs, de engenharia tradicional e de engenharia natural, respetivamente. Estes dois grupos

diferenciam-se principalmente pelo tipo de material usado na implantao das tcnicas, que acarretam

outras diferenas ao nvel da adequabilidade, capacidades e limitaes, merecedoras de um estudo

mais aprofundado que ir ser feito no sentido de seleccionar a melhor tcnica para um dado caso.

Com o desenvolver da tecnologia e a investigao no campo das estruturas de proteo de margens,

foram criadas formas de integrar tcnicas de bioengenharia nas tcnicas mais tradicionais, de modo a

maximizar a obteno dos objetivos tcnicos e ecolgicos da interveno. Tnago e Jlon (2008)

consideram que devem ter-se em conta as tcnicas simplesmente de engenharia natural, as tcnicas

mistas natural/tradicional, e as tcnicas complementares que auxiliam no sucesso de ambas as

anteriores. As tcnicas de instalao da vegetao baseiam-se na disposio de plantas lenhosas,

capazes de fixao vegetativa. As plantas tm que ter a capacidade de emitir razes adventcias, de

modo a originar um entranado que permita a armao e estabilizao de terreno. As tcnicas

combinadas ou mistas que conjugam a utilizao de elementos vegetais com materiais inertes em que

os materiais inertes atuam como estabilizadores, at que as plantas, atravs das suas razes, sejam

capazes de realizar esta funo. Por sua vez, as tcnicas complementares complementam as anteriores

e sem objetivo de estabilizao ou proteo contra a eroso. o caso da plantao de espcies

lenhosas, com o objetivo de acelerar o desenvolvimento da sucesso e da cobertura vegetal, a criao

de barreiras sonoras e as drenagens.

2.3.1. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS TCNICAS TRADICIONAIS

As tcnicas de engenharia tradicional, TETs, caraterizam-se uso maioritrio de matria-prima comum

da engenharia civil entre as quais: o beto simples ou armado, a pedra e as argamassas.

No sentido de reforar a proteo do talude exposto eroso, existe a opo tradicional do uso de

enrocamento. O enrocamento consiste em colocar uma camada de rochas, dispondo as maiores na base

por ordem at ao topo e com uma ligeira inclinao, de modo a que o funcionamento se aproxime de

um macio gravtico (Fig. 2), sendo prefervel o uso de rochas angulares pois apresentam melhor

resistncia ao derrube que as arredondadas Gray (1996).

uma tcnica muito usada hoje em dia em rios inseridos em vales montanhosos e zonas rochosas, pois

para alm de se obter a matria-prima maioritaria na envolvente, o impacto visual da obra mnimo.

Fig. 2 Exemplos da aplicao de enrocamento - Brighetti (2001).


8

Outra tcnica comum em que a pedra a matria-prima principal o riprap, que consiste na colocao

de pedras no talude, ficando uma camada com certa espessura, em que as pedras encontram o seu

arranjo naturalmente Lemos (2008). uma tcnica de proteo durvel e resistente, adequada para

contornar a incapacidade de muitas outras tcnicas em resistir a escoamentos que se processam a altas

velocidades (Fig. 3).

Fig. 3 Exemplo da aplicao do riprap NCRS (1996).

Os gabies caixa, que consistem em contentores rectangulares passveis de serem preenchidos com

brita ou outros calhaus de dimetro adequado, outra forma de dispor a pedra como revestimento,

sustentada por uma rede hexagonal de ao galvanizado por ser mais resistente s aes qumicas com a

gua em longo prazo (Fig. 4). So facilmente empilhveis e arranjados de modo a formar uma

estrutura resistente gravtica, sendo adaptveis ao terreno, flexveis, durveis, drenantes, flexveis e

no precisam de fundaes. A estrutura de gabies pode fazer-se por mo de obra no especializada, o

que contribui ainda mais para que o custo total da obra seja bastante econmico comparado com outras

tcnicas da mesma gama de resistncias.

Fig. 4 Exemplo de aplicao dos gabies caixa s margens de um rio, em Rio Tinto.


9

Os gabies em s podem ter outras formas e tamanhos de modo a se adaptarem melhor a situaes de

proteo em stios mais especficos do leito e da margem. Os gabies saco e os colches reno so os

mais utilizados nesse contexto. Os primeiros so de forma cilndrica, adaptados ao fundo da margem,

onde as inclinaes do talude sofrem uma ligeira alterao. No perfil do talude pode ser escavado um

pequeno sulco onde o gabio saco pode ser colocado e ancorado atravs de estacaria, normalmente no

sentido paralelo ao sentido do escoamento (Fig. 5).

Os colches reno so variantes do gabio caixa e so utilizados para margens de taludes de menor

declive e para proteo dos fundos de rios mais pequenos. A tcnica de implantao igual dos

gabies comuns, com a diferena que os colches tm menor espessura e o sistema de fecho e

cosedura mais simples embora normalmente a rea de implantao seja mais extensa.

Fig. 5 Vrios tipos de gabies: Gabio saco ( esquerda) Escarameira (1998) e colches reno ( direita) - Maccaferri (2008)

Os muros de conteno usados em engenharia geotcnica so apropriados para margens muito

prximas de bens materiais importantes para a segurana das pessoas e dos bens em s. Os muros de

gravidade so muros de suporte de terras, em geral de beto ou pedra, nos quais o peso prprio, ou este

combinado com o de parte das terras suportadas, desempenha um papel fundamental na respetiva

estabilidade Fernandes (2006).

Em ambiente urbano, quando a margem se encontra sob forte eroso e pe em risco a integridade de

propriedades pblicas ou privadas, uma soluo aceitvel em termos de segurana (Fig. 6).

Fig. 6 Exemplo de um muro de beto armado na proteo de margens


10

2.3.2. ESTRUTURAS DE PROTEO DE MARGENS TCNICAS NATURAIS

As TEN preservam e reproduzem algumas das caratersticas iniciais que a margem possua, tendo por

isso a vantagem de proporcionar aos animais e plantas contnua providncia de nutrientes,

promovendo o movimento de matria orgnica para a base da margem e seu transporte, aumentando a

biodiversidade da rea redundante Kapitzke et al (1998).

A Engenharia Natural entende o conjunto de tcnicas de engenharia em que os principais materiais de

construo so plantas das comunidades vegetais dos sistemas naturais e materiais inertes. Tem como

objetivo responder a necessidades de uso, reduzindo os riscos ambientais e antrpicos, e maximizando

a sua funcionalidade ecolgica. - Gray e Sotir (1995). A forma como as TENs oferecem proteo

margem exposta na Tabela 1.

Tabela 1 Modo de proteo segundo as caratersticas da Engenharia Natural, (Teiga 2011, adaptado de Fisrwg 1998).

Funes Caratersticas

Cobertura da superfcie

Atravs das suas partes areas (troncos, ramos e folhas), as plantas asseguram uma cobertura mais ou menos densa da superfcie onde esto instaladas.

Espcies herbceas asseguram um coberto rpido e eficiente, originando um sistema de amortecimento do impacte direto da chuva, do vento, e mesmo do escoamento superficial, diminuindo, desta forma, a eroso.

Espcies arbreas e arbustivas compem-se de formaes suficientemente densas, que asseguram a mesma funo, acrescentada de uma intensa ao de intercepo (reteno da gua da chuva nos troncos e copas, possibilitando a sua posterior evaporao e a consequente diminuio ou retardamento do caudal de escoamento superficial ou de infiltrao).

Armao e ancoramento do solo

A vegetao, atravs das suas razes, exerce um conjunto de aes fsicas, cujo resultado aumentar a estabilidade mecnica do solo e aumentar a sua coeso e, consequentemente, possibilitando a existncia de taludes de ngulo superior ao ngulo de talude natural desse material. Estas funes so realizadas essencialmente de dois modos: 1) as ramificaes das razes penetrando o solo vo constituir uma malha, que enquadra no s as partculas do solo, como tambm as penetrar, funcionando como mais um fator de agregao. A densidade da malha varivel, em funo das espcies vegetais usadas; 2) as grandes razes mergulhantes , destinadas a ancorar a planta ao solo, penetram-no em profundidade, diminuindo a tendncia para deslizamentos, pelo menos nos dois metros superficiais atravessado pelas razes.

Estruturao Alm das aes fsicas de armao e de ancoragem, que asseguram essencialmente um papel de sustentao, as aes qumicas e biolgicas proporcionadas pela vegetao, ou dela derivadas, contribuem igualmente e de uma forma decisiva para o aumento da estabilidade do solo. Tais funes so realizadas, quer por intermdio dos produtos qumicos segregados pelas razes das plantas, que favorecem a formao de agregados de partculas do solo, quer pela formao de compostos hmidos, a partir da decomposio de folhas e outros materiais orgnicos, tambm como agregantes do solo.

Coeso e drenagem

As plantas, devido s suas necessidades prprias de gua, contribuem tambm, eficazmente, para a diminuio do teor em gua do solo, dado esta ser absorvida e depois transpirada. Esta diminuio do teor em humidade do solo tem como consequncia um aumento da coeso do solo e poder, em determinadas circunstncias, diminuir o risco da sua fluidificao. Por outro lado, a tenso capilar associada absoro de gua pelas razes, gera uma coeso aparente que aumenta a estabilidade do solo. de referir que, em contrapartida, a vegetao tambm apresenta alguma ao propiciadora da infiltrao, o que, em certa medida, pode constituir um fator de aumento da instabilidade. Os efeitos desestabilizantes deste processo no anulam, contudo, os efeitos estabilizantes atrs.

Ativao biolgica

Estas funes, embora no estejam diretamente associadas com o aumento da estabilidade do solo, proporcionam indiretamente uma melhoria da agregao deste, contribuindo decisivamente para o aumento da estabilidade global do local.


11

O bom funcionamento das tcnicas de engenharia natural depende, em grande medida, de escolha das

espcies vegetais utilizadas, pois alm das caratersticas biotcnicas, devem ser considerados critrios

ecolgicos, fitosociolgicos e reprodutivos - Durlo (2012). A escolha das espcies a utilizar deve

sempre recair sobre as espcies nativas pois estas esto melhor adaptadas s condies climticas

comuns do local. Schiechtl (1980) defende que a bioengenharia requer as capacidades de um

engenheiro, o conhecimento de um bilogo, e a arte de um engenheiro paisagista..

adotada a estacaria viva quando o solo em questo j est consolidado, normalmente para tratar

problemas isolados, da ser considerado como uma soluo primria. Esta tcnica, quando

acompanhada de um bom revestimento da superfcie do talude bastante eficaz.

A preferncia para o gnero de espcies usadas recai sobre espcies lenhosas pois efetuam uma

funo de ancoragem imediata, complementada aps a sua fixao com o enraizamento que faz

aumentar essa funo consideravelmente. Esta tcnica extremamente verstil podendo conjugar-se

com quase todas as outras tcnicas de proteo de margens de rios (Fig. 7).

Fig. 7 Aplicao de estacaria viva atravs de geotxtil Crdoba.

Quando a vegetao a utilizar do tipo arbustiva, podem utilizar-se fachinas, que consistem em

molhos de ramos e caules de espcies facilmente replantveis, apertados e atados de modo a criar um

conjunto coeso e resistente s aes do escoamento. Pode executar-se em conjunto com estacaria viva,

apertando o molho estaca, garantindo que a fachina esteja em contato com o solo de forma esttica e

possa haver enraizamento da fachina. Na zona onde as fachinas forem colocadas a proteo contra as

aes externas imediata aps a instalao e garante que, desde que as condies climatricas sejam

adequadas e a altura da gua no ultrapasse o previsto, a zona de contacto talude/fachina perfeita

para o enraizamento e desenvolvimento da tcnica.


12

Fig. 8 Aplicao de fachinas no reforo do p do talude

comum colocarem-se as fachinas como proteo do p do talude (Fig. 8), pois o seu peso garante o

no arrastamento e porque os ramos resistem facilmente a pequenas flutuaes da altura de gua e a

submerses de curta durao.

O brushlayering consiste tambm na disposio de ramos replantveis num talude, mas com o suporte

do peso do solo (Fig. 9). A tcnica consiste na colocao de uma fileira de ramos vivos estendidos

sobre o talude cortado, com a raiz enterrada, sendo colocada nova camada de solo sobreposta,

repetindo-se o processo at ao topo do talude e formando-se um aterro por camadas. O geogrid wall,

tcnica referida mais frente neste subcaptulo, uma tcnica similar diferindo apenas no fato de que

o solo entre camadas de ramos envolvido em geotxtil.

Fig. 9 Exemplo da implantao de brushlayering - Riudaneres.

Outra das tcnicas em que as espcies arbustivas so a matria-prima mais usada so os

empacotamentos, mais adequada em casos em que necessrio preencher a totalidade do talude e em

que so dispostos molhos de ramos vivos perpendiculares relativamente ao contorno da margem, em

camadas de aproximadamente 1m de espessura que podem ser seguros por estacas vivas ou mortas,

com auxlio de uma malha de ao galvanizado ou outra fibra natural criando uma malha ao se

entrelaar entre as estacas (Fig. 10).


13

Fig. 10 Empacotamento: implantao ( esquerda) e evoluo aps meio ano ( direita) NCRS (1996).

O uso de troncos de rvore de mdio a grande porte permite a criao de uma estrutura apelidada de

muro vivo, criada pelo encruzilhar dos troncos que permite a insero na horizontal de ramos e caules

vivos apoiados no preenchimento da mesma (Fig. 11). uma alternativa barata para estabilizar por

ao da gravidade, aterros verticais de grande desnvel. O cribwall, como vulgarmente conhecido,

funciona como um muro de suporte para margens instveis.

Fig. 11 Exemplo de um muro vivo, Ourm.

Os geotxteis so uma aplicao da engenharia tradicional neste contexto e que vo ser referidos mais

frente pela sua aplicao protetora por filtragem das partculas mais finas do solo do talude, sendo

vantajoso us-los no s, mas principalmente, em conjunto com tcnicas de bioengenharia.


14

Fig. 12 Exemplo de um geogrid wall NCRS (1996).

As geomantas e as geogrelhas so os geotxteis so outro tipo de geotxteis utilizados em estruturas de

proteo de margens de rios, complementando diversas tcnicas de proteo na filtragem dos solos do

talude. Uma das tcnicas o muro geogrid vegetado (Fig. 12) que consiste em enrolar as camadas de

solo em geogrelhas que ficam expostas na tcnica similar a esta que o brushlayering. No meio das

camadas de geotxtil preenchido com solo so colocados ramos vivos cuja raiz est j em contato com

o solo de modo a haver enraizamento.

A Sementeira tradicional e a Hidrosementeira (Fig. 13) so as tcnicas mais simples de todas, mas

tambm as mais limitadas pela sua fragilidade em termos de resistncia, pois consistem na simples

colocao de sementes diretamente no talude intervencionado.

A hidrosementeira merece ateno por ser uma tcnica recente e efetiva, que permite a criao de uma

calda pulverizvel constituda por uma mistura de sementes de vegetao adequada (concentrao de

5-30 g/m2), adubo, fertilizantes, palha, feno ou celulose e agregante. A hidrosementeira assegura a

obteno de vegetao rasteira saudvel de forma rpida devido a um enraizamento profundo e

crescimento homogneo das plantas. extremamente vantajosa na aplicao em grandes reas pois

no necessita muita mo-de-obra e o tempo dispensado reduzido. A manuteno e a ateno natural

merecida nos primeiros tempos aquando da sementeira, muito menor com a hidrosementeira pois

esta tcnica assegura nesse espao de tempo a fertilizao, a desinfeo e a rega no acto da aplicao.

Fig. 13 Exemplo de aplicao da hidrosementeira foto de Aldo Freitas.


15

2.4. ANLISE CRTICA

As estruturas de proteo de margens de rios so nos dias de hoje uma aplicao muito frequente no

processo de requalificao dos mesmos. A investigao na rea tem produzido novas formas de

maximizar a capacidade das solues, mas principalmente de mitigar os aspetos negativos da

interveno humana na natureza. A bioengenharia aplicada ao contexto de uso ancestral, desde que

as primeiras populaes se fixavam junto aos rios pelos solos extremamente frteis que na maior parte

das situaes lhes so intrnsecos. A aplicao da engenharia tradicional e seus materiais inertes na

proteo das margens, mais recente, veio trazer grande segurana neste tipo de obras. Como as

tcnicas da engenharia tradicional so minimamente standartizadas e normalizadas, a escolha das

solues mais adequadas so tendencialmente viradas para estas tcnicas.

A falta de um mtodo para a seleo da soluo mais adequada face s caratersticas mais importantes

da margem erodida e da sua envolvente, leva ao objetivo deste trabalho da sua obteno. Os mtodos

referidos em 2.2. no se adequam a esse objetivo, mas tanto a classificao de Pfankuch como o

mtodo BANCS fornecem dados teis para a quantificao da eroso da margem. Estes so, no

entanto, os mtodos de recolha de dados e informao considerados mais apropriados para a

elaborao de uma metodologia de seleo de estruturas de proteo de margens, para a correta

seleo de parmetros.

A classificao de Pfankuch devido anlise muito especfica do estado da vegetao e do material do

leito do rio no se adequa no contexto deste trabalho. Ao mtodo BANCS, mais especificamente no

ndice BEHI, h a apontar a limitao de caraterizao apenas vegetao e geometria da margem.

Parmetros como a altura da margem, a inclinao do talude, a estratificao do solo e a tenso nas

margens, so referidos no mtodo BANCS e permitem a reunio de pontos chave na elaborao da

metodologia de escolha da melhor interveno de reabilitao da margem. No entanto, a relao

dessas caratersticas da margem serve apenas de apoio para uma anlise multicritrio necessria para a

resoluo do problema.

A metodologia proposta por Beidenharn adapta-se pretenso desta tese em selecionar uma estrutura

adequada a cada caso de estudo, segundo as condies existentes numa margem erodida. A avaliao

proposta por Biedenharn feita atravs de duas fases, sendo uma qualitativa e outra quantitativa no

existindo apesar de tudo garantias que a seleo de uma estrutura apenas algo que pode ser resolvido

partindo apenas pela anlise de estruturas mais completas e vantajosas, em vez de todas as estruturas

conhecidas.

Na atribuio de pontuaes para os fatores de seleo existe uma enorme debilidade pela dficil

caraterizao de cada pontuao a atribuir, pelo que se pretende contornar essa caraterstica da

metodologia atravs da ponderao de critrios facilmente caraterizveis que, numa comparao mais

difcil previamente analisada e definida, se relaciona diretamente com o comportamento da margem

aps a implantao da tcnica de reabilitao. Tambm a ausncia da sugesto de uma forma de

atribuio de pesos aos critrios torna este mtodo melhorvel, atravs de uma classificao de cada

intervalo de pontuao conforme a reao e adequabilidade de cada estrutura face ao estado da

margem.

Apesar de todas as crticas referidas metodologia proposta po Biedenharn (1997), este demonstra ser

muito adequado seleo da interveno de reabilitao da margem. Como o prprio autor afirma,

esta metodologia no um substituto a um julgamento de engenharia, mas meramente um catalisador

de um bom dimensionamento ao evitar a escolha de opes sub ou sobredimensionadas para um caso

de estudo.


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Ser ento necessrio incluir na anlise multicritrio para alm das caratersticas das margens, as

oportunidades e limitaes encontradas no local, a resistncia da estrutura s aes atuantes e o

impacto ambiental e visual que uma obra acarreta ao meio ambiente.

O objetivo desta dissertao passa por criar uma metodologia com base nos parmetros individuais

referidos isoladamente pelos autores revistos (Pfankuch, BANCS e Biedenharn), suprimindo as falhas

apontadas e reforando, se possvel, os pontos fortes de modo a criar uma metodologia que permita a

escolha da tcnica de proteo das margens de forma econmica e de acordo com as condies

existentes na margem a intervencionar.


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3 AVALIAO DO ESTADO DA

MARGEM

Neste captulo efetuada uma anlise das caratersticas das margens que mais contribuem para a sua

eroso, e que se consideram no contexto deste trabalho, condicionantes para a escolha do tipo de

interveno sobre a margem. Seja atravs da observao visual ou por intermdio de anlises e

metodologias apoiadas em tcnicas laboratoriais, a avaliao in situ do estado da margem permite

identificar as principais lacunas e pontos fracos a resolver atravs de uma interveno estrutural de

engenharia.

3.1. CARATERSTICAS DA MARGEM

3.1.1. SOLOS

Os solos so definidos pelo seu estado fsico, num determinado momento, sendo caracterizados por

trs fases: a fase slida, a fase lquida e a fase gasosa.

A fase slida refere-se s partculas de areia, siltes ou argilas e cascalhos, que constituem os mais

comuns, e as propriedades mais importantes so o peso das partculas Vs e o peso volmico .

A fase lquida compreende a gua no solo que, ou absorvida pelas partculas slidas, ou preenche

alguns dos vazios criados pelo natural imperfeito arranjo das mesmas, vazios estes que representam a

fase gasosa dos solos. As propriedades relativas a esta fase so: o teor em gua , o ndice de vazios ,

a porosidade n. O grau de saturao S o indicador da capacidade de absoro da precipitao que se

d na envolvente dos solos das margens, excepto na zona abaixo do nvel fretico que como natural

est sempre muito perto da saturao, onde o solo se encontra saturado.

Ao nvel da classificao dos solos, adequadamente para o contexto da margem de um rio,

classificam-se os solos por coesivos, no coesivos ou mistos. Os solos granulares so considerados no

coesivos e os solos argilosos so coesivos, sendo que as caractersticas e comportamento de ambos so

muito diferentes entre si.

Numa vertente de mcanica dos solos, existem pelo menos os dois seguintes critrios que so

especficos dos taludes e que so essenciais na estabilidade da margem e na resistncia ao

arrastamento das partculas: a granulometria e tipo de solo, e a estratificao do mesmo.

Para o conhecimento da composio do solo necessrio efetuar uma recolha de material in situ para

ser analisada em laboratrio.


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3.1.1.1. Aspetos mecnicos granulometria

A resistncia mecnica dos solos depende da sua composio, arranjo das partculas, grau de

consolidao, compacidade, coeso e do estado fsico, lquido e gasoso em que se encontra no

momento da anlise. As curvas granulomtricas das amostras recolhidas in situ sero obtidas atravs

da peneirao (Fig. 14), que consiste em deixar passar por gravidade as partculas, com ajuda de

movimentos de translao e rotao, atravs de peneiros com malhas de vrios tamanhos. assim

possvel obter a percentagem de material com dimenso superior malha de um determinado peneiro,

e avaliar o tipo de solo.

Fig. 14 Srie de peneiros ( esquerda) e relao com o tipo de solo ( direita).

Das curvas granulomtricas possvel retirar, o dimetro mdio D50 do solo, isto , o valor

correspondente ao dimetro de 50% das partculas da amostra com dimetro inferior a D50. Este

parmetro correlacionvel com o coeficiente de permeabilidade do solo , segundo Fernandes

(2006), e tambm com a maioria das metodologias para clculo das tenses de arrastamento no leito

dos rios.

No presente trabalho, as curvas granulomtricas feitas aos troos em estudo serviro, para alm da

anlise dos aspetos mecnicos do solo, para a avaliao da cumplicidade da capacidade de fixao do

solo com a vegetao comum das tcnicas de bioengenharia.

De modo a permitir uma melhor compreenso da relao entre os diferentes dimetros das partculas

de um solo e a origem das mesmas, possvel utilizar o tringulo de Feret, apresentado na Fig. 15, que

divide os tipos de materiais do solo e, segundo as percentagens obtidas na curva granulomtrica da

amostra, permite caraterizar o tipo de solo.


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Fig. 15 Tringulo de Feret com classificao dos solos Fernandes (2006).

Os solos granulares, ou areias, so assim considerados quando h predomnio de partculas grossas

(passados do peneiro 4,75 mm), podendo assumir um nmero infinito de arrumaes possveis entre

elas - Fernandes (2006). Neste tipo de solos se o tamanho das partculas for variado, a sua arrumao

melhor e o ndice de vazios ser menor, considerando-se assim um solo melhor graduado (Fig. 16).

Fig. 16 Curva granulomtrica de um solo melhor (em cima) ou pior graduado (em baixo).

Os solos que so constitudos por partculas mais finas que as areias (tamanhos da ordem de 1

micrmetro), na maioria correspondentes a silicatos hidratados de alumnio, ferro ou magnsio, so

denominados por argilas. As suas partculas so caracterizadas por ter uma forma laminar e pela sua

actividade qumica forte que lhe atribui uma capacidade elevada de absoro de gua, multiplicando o

seu volume inicial ao expandir. Alternadamente, quando estes solos se encontram mais secos, a

coeso aumenta em grande escala, pelas propriedades atrativas que as argilas apresentam. Com o

decorrer do tempo e a acumulao sucessiva de solos residuais ou sedimentares acima das argilas, o

peso sobre estas provoca-lhe uma melhor arrumao sob uma estrutura orientada paralela

superfcie. A reduo do teor em gua com a evoluo do tempo causa ento a consolidao do solo,

que a longo prazo se reflete em grandes assentamentos, Fernandes (2006). No caso especfico das

argilas, medida que estas ficam mais consistentes, a sua impermeabilidade intensifica-se ainda mais


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no que toca gua precipitada numa incidncia vertical, havendo pouca alterao no nvel de

saturao do solo e do teor em gua.

No que toca resistncia do solo relacionada com a sua curva granulomtrica, reala-se a importncia

de uma propriedade que o tipo de arranjo das partculas proporciona ao solo a que se chama

imbricamento. Um solo bem graduado, principalmente falando de solos granulares, tem as partculas

bem arranjadas e o imbricamento entre elas tal que cria uma grande resistncia s tenses verticais e

horizontais a que o solo sujeito. No en

estruturas de protecção de margens de rios

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