notas de aula 2 (2015 - 2) portos

76
Anísio Meneses, 2015

Upload: alexandre-esmeraldo

Post on 15-Dec-2015

26 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

Portos

TRANSCRIPT

Page 1: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 2: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 3: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 4: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 5: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

- Estruturas de atracação (cais)

- Canal de acesso e bacia de evolução

- Elementos de defesa costeira e tranquilização da bacia portuária

- Acessos rodoviários e ferroviários

- Zona de retroporto

Anísio Meneses, 2015

Page 6: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Estruturas de atracação (cais)

-Estruturas de suporte para equipamentos (plataforma portuária)

- Estruturas de acostamento (paramento)

- Elementos de proteção contra choques (defensas)

- Elementos de fixação dos navios (cabeços de amarração)

Anísio Meneses, 2015

Page 7: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Canal de acesso e bacia de evolução

Normalmente, composta por canal dragado e bacia de evolução dragada (raio de 300 a 600m)

Anísio Meneses, 2015

Page 8: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Elementos de defesa costeira e tranquilização da bacia portuária

Para desviar as correntes marítimas e reduzir o impacto das ondas e ventos na bacia portuária

- molhes

- diques

- espigões

- quebra-mares aderentes (enrocamentos ou paredões)

- quebra-mares destacados (quebra-mar propriamente dito)

Anísio Meneses, 2015

Page 9: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 10: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 11: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 12: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 13: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Enrocamentos ou paredões: grande quantidade de pedra (ou enormes blocos) dispostos

paralelamente à costa.

Quebra-mares (obras longitudinais não aderente): muros dispostos no mar

paralelamente à costa.

Provocam deflexão da energia das ondas.

Anísio Meneses, 2015

Page 14: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Anísio Meneses, 2015

Page 15: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Acessos rodoviários e ferroviários

- rodovias ou avenidas de acesso largas e bem pavimentadas

- vias férreas conectando ao ‘hinterland’ (interior)

Anísio Meneses, 2015

Page 16: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Infraestrutura portuária

Zona de retroporto

- Armazéns de importação

- Armazéns de exportação

- Estação de passageiros

- Administração

- Alfândega

- Guarda portuária

- Guarnição de bombeiros

- Almoxarifado

Anísio Meneses, 2015

Page 17: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Estrutura contínua Anísio Meneses, 2015

Page 18: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Estrutura vazada com dois lados acostáveis Anísio Meneses, 2015

Page 19: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Estrutura discreta (píer)

Anísio Meneses, 2015

Page 20: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Carregadores deslizantes Anísio Meneses, 2015

Page 21: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 22: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Condições de abrigo em bacias portuárias

Page 23: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Solução em off-shore

Page 24: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Cais portuário

Solução estuarina

Page 25: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM

DE PARAMENTO ABERTO

Com estrutura atirantada

Anísio Meneses, 2015

Page 26: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM

DE PARAMENTO ABERTO

Com estrutura de estacas

inclinadas

Anísio Meneses, 2015

Page 27: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM DE PARAMENTO ABERTO

Com estrutura de estacas inclinadas

Anísio Meneses, 2015

Page 28: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM

DE PARAMENTO ABERTO

Com estrutura de estacas inclinadas

Anísio Meneses, 2015

Page 29: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM

DE PARAMENTO FECHADO

Com estrutura atirantada

Anísio Meneses, 2015

Page 30: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 31: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 32: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 33: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 34: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 35: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 36: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 37: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 38: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

O deslocamento "dead weight" é a diferença entre o deslocamento máximo e o mínimo: a diferença entre o navio pronto para o serviço com o combustível, a aguada, a tripulação, os materiais de consumo e a carga paga, e o navio pronto para o serviço, mas sem combustível, sem aguada, sem materiais de consumo, sem carga e sem tripulação. O deslocamento de combustível, de aguada, dos materiais de consumo, da tripulação e da carga paga, reflete-se na capacidade de carregamento

total - a carga bruta. Anísio Meneses, 2015

Page 39: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Movimentos básicos dos navios e embarcações

Anísio Meneses, 2015

Page 40: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Ação de ventos e correntes sobre navios

Anísio Meneses, 2015

Page 41: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação

Determinar a ação de ventos e correntes sobre um navio atracado em um píer petroleiro vazado, dada as seguintes condições:

•comprimento do navio: L = 220m •pontal: P= 17m •profundidade do mar: H=13m •calado mínimo: Dmin = 5m •calado máximo: Dmax = 12m •velocidade do vento: Vv = 120km/h 33,33m/s •velocidade das correntes marítimas: Vc = 1nó 0,5m/s •boca do navio: B = 30m

•cabines do navio: duas (altura de 3m; largura = comprimento = 30m)

Anísio Meneses, 2015

Page 42: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação

Anísio Meneses, 2015

Page 43: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação

Anísio Meneses, 2015

Page 44: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação

Anísio Meneses, 2015

Page 45: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 46: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Amarração do Navio ao Cais

Anísio Meneses, 2015

Page 47: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Tipos de Amarração do Navio ao Cais

Tipo 1: cabos lançantes: Tem a finalidade principal de resistir às forças das correntes com os navios sensivelmente alinhados com a direção destas.

Tipo 2: cabos transversais: São destinados principalmente a resistir às forças transversais de vento.

Tipo 3: cabos springs: Têm finalidade complementar tanto para as forças longitudinais como para as forças transversais.

Anísio Meneses, 2015

Page 48: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 49: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Exemplo de aplicação

- Dimensionamento dos cabos de amarração

Anísio Meneses, 2015

Page 50: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Energia com movimento das ondas do mar

Anísio Meneses, 2015

Page 51: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Características dos movimentos ondulatórios

Teoria Linear das Ondas de Pequena Amplitude Ondas de Airy (Sir George Biddel Airy 1801-1892 – Inglaterra)

Suposições teóricas das ondas de Airy:

1. Fluido homogêneo 2. Fluido incompressível

3. Tensão superficial nula 4. Efeito de Coriolis insignificante

5. Pressão atmosférica na superfície da água 6. Fluido não viscoso

7. Condição de escorregamento do fluido inexistente 8. Inexistem outros movimentos de ondas interferindo

9. Fundo do mar fixo, horizontal e impermeável 10.Amplitude de onda muito pequena (quando comparada com a profundidade

do mar) 11.Ondas predominantemente bidimensionais

Anísio Meneses, 2015

Page 52: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

Características das ondas:

1. Numa onda se propagando, ocorre uma transferência da perturbação de uma parte para outra do meio fluido

2. A perturbação ocorre sem transferência líquida de material de uma parte para outra

3. A propagação ocorre sem uma distorção significativa da forma da onda

4. A perturbação parece se propagar numa velocidade constante

5. O movimento das ondas se manifestam através de forças de deslocamento e forças restauradoras (gravidade)

Anísio Meneses, 2015

Page 53: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

Hemisfério Norte

Hemisfério Sul

Raio em Montreal

Raio no Equador

Deflexão à

Esquerda

Deflexão à

Direita

Vórtices no Sentido

Anti-Horário

Vórtices no

Sentido Horário

Velocidade Angular da

Terra

Efeito de Coriolis no Globo Terrestre

Anísio Meneses, 2015

Page 54: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Anísio Meneses, 2015

Page 55: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

TIPOS DE ONDAS

Ondas Oscilatórias transporte de massa igual a zero

Ondas Translatórias há transporte de massa do fluido (como no

caso das ondas provocadas por maremotos que ao chegar próximo à zona costeira,

mantém seu pico quase todo acima do nível do mar)

Anísio Meneses, 2015

Page 56: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

ONDAS OSCILATÓRIAS

Ondas Progressivas ondas de Airy (se propagam em direção à zona costeira) Ondas Estacionárias (Clapotis) ondas que oscilam para cima e para baixo com pontos fixos (nós) nos quais o nível da água permanece em repouso. Ocorrem na frente de paredes verticais construídas no mar (e junto às paredes das piscinas), daí o perigo de se construírem diques de paredes verticais no mar sem que se leve em conta o momento de tombamento promovido pelas ondas estacionárias ou Clapotis.

Anísio Meneses, 2015

Page 57: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

Ondas estacionárias

Anísio Meneses, 2015

Page 58: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

Principais elementos a serem considerados no estudo das ondas progressivas ou ondas de Airy

Anísio Meneses, 2015

Page 59: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

Forças Geradoras do

Deslocamento Frequência f Nome da Onda Forças Restauradoras

Vento f > 10 Ondas Capilares Tensão Superficial

Vento 10 > f > 1 Ondas Ultragravitárias Força de Gravidade

Vento 1 > f > 0,033 Ondas Gravitárias Força de Gravidade

Vento 0,033 > f > 0,0033 Ondas Infragravitárias Força de Gravidade

Forças de Tempestade,

Astronômicas (Sol e

Lua) e Forças

Tectônicas (Geológicas)

0,0033 > f > 6,9 x 10-4 Ondas de Longo

Período Força de Coriolis

Forças de Tempestade,

Astronômicas (Sol e

Lua) e Forças

Tectônicas (Geológicas)

f < 6,9 x 10-4 Ondas de Maré Força de Coriolis

RELAÇÃO DA FREQUÊNCIA COM AS FORÇAS DE DESLOCAMENTO E FORÇAS RESTAURADORAS

Anísio Meneses, 2015

Page 60: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

tKxA cos

T

2

LK

2

A forma da onda definida pela expressão abaixo

em que

e K : número de onda.

velocidade (ou frequência) angular

Anísio Meneses, 2015

Page 61: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

CT

L

L

T

dt

dx

2

2

Para um observador se propagando fixo com a onda, a forma da onda seria constante.

Então: = cte (constante). Para isso, seria necessário que o ângulo de fase fosse constante, ou seja,

K.x .t = cte.

Daí: K.x .t = cte, atribuindo a constante valor zero, fica: K.x = .t

Derivando-se em relação ao espaço x e tempo t:

K.dx = .dt daí: /K = dx/dt substituindo-se os valores de e K na equação:

Daí se define que: C = /K ou C = L / T

Anísio Meneses, 2015

Page 62: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

Aplicando-se condições de contorno relativas à profundidade d e superfície obtém-se a Equação

Fundamental das Ondas Progressivas (ou Relação de

Dispersão)

).tanh(..2 dKKg

onde:

: frequência angular da onda

g : aceleração da gravidade

K : número da onda

tanh : tangente hiperbólica

d : profundidade do mar

Anísio Meneses, 2015

Page 63: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

seno hiperbólico:

cosseno hiperbólico:

tangente hiperbólica:

Anísio Meneses, 2015

Page 64: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

KdgT

L tanh2

2

KdgL

C tanh2

)2

tanh(2 L

dgLC

Da equação C = /K podemos tirar que = C K, daí:

2 = C2 K2 Logo: C2 = g/K tanh (Kd) Sendo K = 2/L e C= L/T

Daí:

Estas equações são diretamente aplicáveis para águas intermediárias (águas cuja profundidade não se classificam nem como rasas nem como profundas)

Anísio Meneses, 2015

Page 65: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

2

2

0

gTL

20

gLC

PARTICULARIZAÇÕES

CASO 1: ÁGUAS PROFUNDAS (quando d/L )

Quando d/L o valor de tanh(Kd)= tanh(2/L) 1 pois tanh(2) = tanh()1

Logo, substituindo-se tanh (Kd) = 1 nas equações anteriores tem-se:

L0 e C0 definidos pelas equações abaixo:

O índice 0 indica termos referentes a águas profundas (sempre!)

Quando Kd tanh(Kd) 1

Condição de águas profundas: sempre que Kd ou 2d/L

Ou d/L /2 ou d/L ½ daí d/L 0,5 ou d 0,5 L

A condição de águas profundas ocorre sempre que a profundidade

do mar for maior do que meio comprimento de onda L.

Anísio Meneses, 2015

Page 66: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

gdL

dgL

L

dgLC

2

2

2tanh

2

L

dgTKd

gTL

2

2tanh

2

22

gdT

L

2

2

gdC

CASO 2: ÁGUAS RASAS (quando d/L 0 )

Quando d/L 0 o valor de tanh(K.d) fica tanh(0) 0 ou seja, tanh(K.d) K.d

Substituindo-se tanh(K.d) por K.d nas equações das ondas:

Daí L2 = g T2 d ou

C2 = g.d ou

Isto ocorre sempre que K.d /10 ou K.d 0,314 ou 2/d /10 ou d/L 1/20 ou

por segurança:

d/L1/25 ou d/L0,04

Teremos condição de águas rasas sempre que a profundidade do

mar seja inferior a quatro por cento do comprimento de onda L. Anísio Meneses, 2015

Page 67: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas

CONSTÂNCIA DO PERÍODO DA ONDA T

Dentre todos os elementos das ondas, o único comprovadamente imutável com o decorrer do tempo é o

seu período T ou frequência angular .

Caso houvesse variabilidade do período da onda T, o número de ondas contados a partir da linha da costa num intervalo de tempo t diferiria do número de ondas

contados do mar para a costa neste mesmo intervalo, ou seja, haveria acumulação de ondas, o que é impossível.

Logo, T = constante.

no = t/To (número de ondas contados on-shore)

ns = t/Ts (número de ondas contados off-shore)

Como t se To Ts ondas estariam se acumulando, daí To deve

ser igual a To que terá de ser igual a T.

To = Ts = T

Anísio Meneses, 2015

Page 68: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA -Movimentos de ondas

ONDAS DE AIRY

- apenas transfere a perturbação - transfere energia (mas não transfere matéria)

- propaga-se sem distorção significativa da forma - propaga-se com velocidade constante

ONDA DE AIRY conservativa

Anísio Meneses, 2015

Page 69: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

Anísio Meneses, 2015

Page 70: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

Anísio Meneses, 2015

Page 71: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

Kd

txKsenzdKga

cosh.

..cosh..

xu

txKdK

zdKKgau ..cos.

.cosh.

cosh...

zw

txKsendK

zdKsenhKgaw ..

.cosh.

...

VELOCIDADE ORBITAL DAS PARTÍCULAS DE ONDA

A função velocidade das ondas é dada por:

onde: = (K.x–.t)

A velocidade orbital pode ser decomposta em duas componentes:

uma velocidade orbital horizontal u e uma velocidade orbital vertical w.

A componente horizontal u do vetor velocidade é dada por:

ou

A componente vertical w do vetor velocidade é dada por:

ou

Anísio Meneses, 2015

Page 72: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

12

2

2

2

BA

dKsenh

zdKaA

.

cosh.

dKsenh

zdKsenhaB

..

zKeaA ..zKeaB ..

dK

aA

.

dK

zdKaB

.

Demonstra-se teoricamente que as trajetórias orbitais das partículas fluidas são elipses de

equação:

na qual os eixos A e B são definidos por:

e

No caso de águas profundas, as elipses se tornam órbitas circulares cujos eixos A e B são dados por:

e

No caso de águas rasas, os eixos das elipses são:

e

Anísio Meneses, 2015

Page 73: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

Anísio Meneses, 2015

Page 74: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA

dt

dxu

dt

dzw

dt

duax

dt

dwaz

txKsendK

zdKKgaax ...

.cosh

cosh...

txKdK

zdKsenhKgaaz ..cos.

.cosh

...

ACELERAÇÕES ORBITAIS DAS PARTÍCULAS DE ONDA

As velocidades orbitais são definidas por:

e

Logo, as acelerações orbitais serão dadas por:

e

Ficando:

e

As acelerações orbitais são necessárias para o cálculo das pressões nas ondas Anísio Meneses, 2015

Page 75: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

HIDRÁULICA MARÍTIMA -Movimentos de ondas

ONDAS DE AIRY

Anísio Meneses, 2015

Page 76: Notas de Aula 2 (2015 - 2) Portos

Ângulo 0 /2 3/2 2

Cos() 1 0 -1 0 1

Sen() 0 1 0 -1 0

a 0 -a 0 a

Velocidade Horizontal

u = f(cos) 0 0

Velocidade Vertical

w = f(sen) 0 0 0

Aceleração Horizontal

ax = f(sen) 0 agKC1 0 –agKC1 0

Aceleração Vertical

az = f(cos) –agkC2 0 agKC2 0 –agKC2

Órbita de Velocidades u = máx

w = 0

u = 0

w = máx

u = –máx

w = 0

u = 0

w = –máx

u = máx

w = 0

Órbita de Acelerações ax = 0

a z = – max

ax = máx

az = 0

ax = 0

az = máx

ax = –máx

az = 0

ax = 0

az = –máx

1CagK

2C

agK

1C

agK

2CagK

2CagK

Anísio Meneses, 2015