notas de aula 2 (2015 - 2) portos
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Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
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
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)
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Infraestrutura portuária
Canal de acesso e bacia de evolução
Normalmente, composta por canal dragado e bacia de evolução dragada (raio de 300 a 600m)
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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
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
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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.
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Infraestrutura portuária
Anísio Meneses, 2015
Infraestrutura portuária
Acessos rodoviários e ferroviários
- rodovias ou avenidas de acesso largas e bem pavimentadas
- vias férreas conectando ao ‘hinterland’ (interior)
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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
Cais portuário
Estrutura contínua Anísio Meneses, 2015
Cais portuário
Estrutura vazada com dois lados acostáveis Anísio Meneses, 2015
Cais portuário
Estrutura discreta (píer)
Anísio Meneses, 2015
Cais portuário
Carregadores deslizantes Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Cais portuário
Condições de abrigo em bacias portuárias
Cais portuário
Solução em off-shore
Cais portuário
Solução estuarina
ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM
DE PARAMENTO ABERTO
Com estrutura atirantada
Anísio Meneses, 2015
ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM
DE PARAMENTO ABERTO
Com estrutura de estacas
inclinadas
Anísio Meneses, 2015
ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM DE PARAMENTO ABERTO
Com estrutura de estacas inclinadas
Anísio Meneses, 2015
ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM
DE PARAMENTO ABERTO
Com estrutura de estacas inclinadas
Anísio Meneses, 2015
ESTRUTURAS DE ACOSTAGEM
DE PARAMENTO FECHADO
Com estrutura atirantada
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
Anísio Meneses, 2015
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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
Movimentos básicos dos navios e embarcações
Anísio Meneses, 2015
Ação de ventos e correntes sobre navios
Anísio Meneses, 2015
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
Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação
Anísio Meneses, 2015
Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação
Anísio Meneses, 2015
Ação de ventos e correntes sobre navios - Exemplo de aplicação
Anísio Meneses, 2015
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Amarração do Navio ao Cais
Anísio Meneses, 2015
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
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Exemplo de aplicação
- Dimensionamento dos cabos de amarração
Anísio Meneses, 2015
HIDRÁULICA MARÍTIMA - Energia com movimento das ondas do mar
Anísio Meneses, 2015
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
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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
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
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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)
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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
HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas
Ondas estacionárias
Anísio Meneses, 2015
HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas
Principais elementos a serem considerados no estudo das ondas progressivas ou ondas de Airy
Anísio Meneses, 2015
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
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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
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
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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
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HIDRÁULICA MARÍTIMA - Movimentos de ondas
seno hiperbólico:
cosseno hiperbólico:
tangente hiperbólica:
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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)
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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.
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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
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
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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
HIDRÁULICA MARÍTIMA
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HIDRÁULICA MARÍTIMA
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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
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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
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HIDRÁULICA MARÍTIMA
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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
HIDRÁULICA MARÍTIMA -Movimentos de ondas
ONDAS DE AIRY
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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
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