PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA - GOIÁSDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

PORTOS AEROPORTOS E VIAS NAVEGÁVEIS

OBRAS DE NORMALIZAÇÃO E REGULARIZAÇÃO DO LEITO

Gerson Pereira Barbosa NetoHenrique Rheinheimer

Felipe C. Barros

Goiânia, dezembro de 2009.

OBRAS DE NORMALIZAÇÃO E REGULARIZAÇÃO DO LEITO

Gerson Pereira Barbosa NetoHenrique Rheinheimer

Felipe C. Barros

Relatório sobre as obras de Normalização e Regulamentação do Leito, Capítulo 23, para a disciplina de Portos Aeroportos e Vias Navegáveis, no curso de graduação de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica - Goiás, sob a orientação do professor Benjamin Jorge Rodrigues dos Santos.

Professor Benjamin Jorge Rodrigues dos Santos

Goiânia, dezembro de 2009.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO....................................................................................... 42. DESOBSTRUÇÃO E LIMPEZA............................................................ 53. LIMITAÇÃO DOS LEITOS DE INUNDAÇÃO.................................. 54. BIFURCAÇÃO FLUVIAL CONFLUÊNCIA DE TRIBUTÁRIOS .......65. OBRAS DE PROTEÇÃO DE MARGENS............................................. 76. RETIFICAÇÃO DE MEANDROS.......................................................... 87. REGULARIZAÇÃO EM FUNDO FIXO................................................ 98. REGULARIZAÇÃO EM FUNDO MOVEL......................................... 109. TIPOS DE OBRAS................................................................................ 1010. BIBLIOGRAFIA.................................................................................. 13

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1 - INTRODUÇÃO

As obras de normalização em geral tem baixo custo, são mais simples de executar, necessitam de grande manutenção, sua vida útil é menor e não há a utilização da energia natural do rio. Seu objetivo é melhorar trechos restritos d’água sem alterar significativamente o regime fluvial, utilizando as seguintes intervenções:

Desobstrução e limpeza; Limitação dos leitos de inundação; Bifurcação fluvial e confluência de tributários; Obras de proteção ou defesa de margens; Retificação de meandros; Obras de proteção de pilares de pontes;

Obras de regularização do leito, são obras construídas ao longo do leito para dirigir e guiar as correntes, visando a obtenção de um leito estável, segundo um certo traçado, e um perfil transversal determinado, a fim de corrigir e regularizar as imperfeições naturais, e elevar o nível d’água. Através da regularização procura-se atingir um ou vários dos objetivos seguintes:

Transporte eficaz dos sedimentos em suspensão e dos depósitos de fundo; Estabilidade do curso d’água com mínima erosão das margens; Orientação da corrente líquida em um trecho determinado do curso d’água; Profundidade suficiente e percurso satisfatório para a navegação; Permitir a utilização das águas para outros propósitos.

As obras de regularização podem ser implantadas em fundo fixo ou em fundo móvel, as mais clássicas são: diques, espigões e soleiras de fundo, complementadas por dragagens e derrocamentos.

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2 - DESOBSTRUÇÃO E LIMPEZA

Periodicamente acumula-se vegetações, matacões, restos de construção e outros obstáculos no leito do rio. Visando estabelecer sua profundidade e largura natural, são utilizadas embarcações destocadoras com guindastes variados para esta regularização.

Figura 1 – Exemplo de embarcação destocadora – draga de caçamba.

3 - LIMITAÇÃO DOS LEITOS DE INUNDAÇÃO

Utilizando diques longitudinais impermeáveis com núcleo de argila, esta intervenção tem como objetivo concentrar o escoamento num leito bem definido com a finalidade de facilitar a navegação.

Deve-se drenar as áreas isoladas e proteger a capacidade de erosão que as correntes concentradas possuem.

Figura 2 – Exemplo de dique longitudinal de proteção contra inundação.

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4 - BIFURCAÇÃO FLUVIAL E CONFLUÊNCIA DE TRIBUTÁRIOS

4.1 - Bifurcação fluvial

Este tipo de obra é mais utilizado em rios de pequeno e médio porte e que pode atrapalhar a navegação e visa o aprofundamento do curso d’água. Geralmente a bifurcação ocorre em torno de ilhas, sendo um dos braços de dimenções diferentes. Neste caso deve-se adotar o curso com maior vazão, pois sua área molhada tem uma dimensão maior, e fechar o braço secundário. Este último sendo utilizado para aliviar a vazões maiorres.

A execução da obra consiste em fechar o braço secundário por meio de barramentos normalmente galgáveis para as maiores vazões, com altura até a cota mínima de navegação. Este processo pode ser construído em enrocamento ou terra, sendo a superfície protegida da erosão por blocos mais pesados ou estaqueamentos. Este processo induz a colmatação por assoreamento acompanhado de progressivo alteamento do barramento situado a jusante do braço secundário.

Há também a alternativa de implantação de obras fixas devendo ser instaladas no montante e na jusante, sendo no montante a cota de coroamento assima do nível de águas altas. Esta intervenção visa garantir suficiente vazão para navegação nos níveis médios e baixos.

Figura 3 – Exemplo de diques de contenção lateral em bifurcação.

4.2 - Confluência de tributários.

Quando os afluentes tem um porte considerável em relação ao curso principal, isto pode causar problemas à navegação como bancos sedimentares a jusante ou antes da confluência em rios de menor porte.

Quando ocorre este tipo de pertubação nos rios de pequeno porte, há a necessidade de dragar para manter a profundidade. Diferente de rios de grande porte, já que estes possuem uma capacidade de autolimpeza em águas altas.

As cotas de coroamento deverão ser elevadas nos pontos de confluência para evitar que o desembocar do afluente no rio principal sobreleve o nível de coroamento pela turbulência produzida.

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Figura 4 – Exemplo de limitação por dique no afluente.

5 - OBRAS DE PROTEÇÃO DE MARGENS

A ação dinâmica das correntes fluviais, solapamento produzido pela ação de vagas transversais geradas pelo vento (principalmente em trechos mais largos ou lagos) ou o trânsito de embarcações podem causar danos as margens e fundo.Sem contar que à oscilação do lençol freático reduz o equilíbrio dos solos,pode produzir escorregamento de cunhas de solo e o arrastamento de finos pode favorecer a desestabilização.

As obras tem como finalidade contribuir com a estabilidade geotécnica, melhorar o alinhamento do fluxo e contribuir com a manutenção, utilizando elementos básicos como fundação de apoio (que tem como finalidade sustentar o talude e absorver as cargas transmitidas ao leito) e o revestimento de proteção (que evita a ação erosiva dos agentes hidráulicos e impede o fluxo excessivo do lençol freático.

Figura 4 – Exemplo de margem côncava causado pela ação da corrente.

5.1 - Classificação dos métodos de proteção de margem

Podem ser divididos em:Métodos diretos ou contínuos, sendo as mais usuais e são executadas sobre a

margem. São utilizadas para a adequação de um talude, reduzindo infiltrações.

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Métodos indiretos ou descontínuos, realizadas distantes das margens, afastanto a ação hidrodinâmica onde os solos não suporta intervenções.

Obras rígidas, que não porduz grandes modificações na dinâmica do escoamento.

Obras flexíveis, que são indicadas onde há uma maior variabilidade dinâmica na morfologia dos leitos e margens.Métodos diretos

Adequação de talude de sustentação – Aplica-se um taludamento visando o equilíbrio de solos saturados. Destinado em trechos onde a ação das correntes é mais solicitada.

Revestimento simples por substituição com material mais resistente – Podem ser colocadas britas, plantação de placas vegetais, colchoes de materiais vegetais, revestimento com pintura asfáltica para impermeabilização e fixação dos grãos.

Enrocamentos lançados – com blocos e/ou gabiões.A faixa granulométrica deve variar na razão Dimensões/Pesos entre 0,75 e 1,25

em torno do peso médio. Assim diminúi-se o índice de vazios com uma maior capacidade de absorção de energia dos agentes hidrodinâmicos (chamado de abricamento).

Os gabiões formam estruturas monolíticas, flexíveis e drenantes, podendo ser impermeabilizados com argamassa ou mestique asfáltico. Na fundação e proteção do pé do talude são indicados os gabiões saco, pois devido a colmatação dos vazios das pedras por sedimentos e matéria orgânica, favorecendo a incorporação natural da estrutura à margem protegida.

Figura 5 – Exemplo de gabião com diafragma.

Alvenaria ciclópica em pedra seca, rejuntada ou uso de lajotas pré-fabricadas.O embricamento neste caso garante maior coeficiente de segurança dispondo-se

de apenas uma camada de blocos e uma camade de transição menos espessa.Lajes em concreto armado ou não, moldadas in loco ou pré-moldadas;

Cortinas constituidas por muros de sustentação compostos po muros de gravidade, estacas prancha ou paredes de diafragma atirantadas ou não;

6 - RETIFICAÇÃO DE MEANDROS

Meandros são percursos sinuosos que podem representar um aumento de 10% ou podendo até dobrar a distância navegável entre dois pontos. Podem também causar o retardamento no escoamento na ordem de 50% no efetivo do rio.

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Uma das possibilidades de intervenção seria de corte direto e de fixação das margens. O canal seria aberto na época de estiagem, com equipamento de terraplanagem, utilizando a ajuda de diques para ensecar o curso natural.

Utilizando explosivos detonados de jusante para montante, e uma vez a água passando pelo corte, detona-se a carga de explosivos e implanta-se o barramento sucessivo.

Outra possibilidade seria cavar a partir de um canal piloto de pequena seção forçando o curso natural do rio a seguir por ele, sendo transformado em braço dominante. Os canais pilotos transformados em braços dominantes apresentam maior declividade e maior velocidade de escoamento.

Em ambos os casos, pode haver a necessidade de revestir o trecho de corte pois dependendo da geologia do canal artificial, com o tempo, este pode sofrer rebaixamento do leito por erosão a montante e assoreamento a jusante do corte.Para previnir este rebaixo do leito artificial, é recomendado que se inicie previamente o revestimento.

Cabe ressaltar que em trechos sinuosos, as obras devem ser conduzidas de jusante (de onde as águas estão saindo) para montante (de onde as águas estão vindo), pois grandes volumes de sedimentos serão trazidos para a jusante.

7 – REGULARIZAÇÃO EM FUNDO FIXO

Fundo fixo ou resistente são aqueles em que a tensão de arraste é sempre inferior à tensão de arraste crítica do material do leito. Isso significa que o material do leito é resistente às forças de arraste provocadas pelo fluxo e, portanto, o leito tende a se manter fixo.

A regularização do fundo fixo para a navegação visa: Aumentar a profundidade nas vazões mínimas; Controlar a velocidade para valores de entre 2 e 5 m/s; Melhorar o traçado.

A regularização de leitos resistentes é obtida pela construção de diques eespigões. Eventualmente, pode-se empregar dragagens ou derrocamentos emlocais muito críticos.

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Figura 6 – Resultados da concentração do fluxo em rios de fundo fixo

Contudo, ao longo das últimas décadas, em muitas bacias hidrográficas foram implantados sistemas de reservatórios com usos múltiplos visando o abastecimento, a geração hidrelétrica, o controle de cheias, a navegação, etc. Em muitos casos, os próprios reservatórios criam as condições de profundidade necessárias com o fogamento de soleiras, corredeiras e outros obstáculos à navegação.

A concentração do fluxo pode ser realizada por meio de espigões ou por meio de diques longitudinais e, eventualmente, soleiras e dragagens. Dado que ainda os métodos de cálculo fornecem apenas estimativas, os espigões levam alguma vantagem sobre os diques pois permitem executar as obras em etapas, o que facilita o acompanhamento do desempenho das estruturas.

8 - REGULARIZAÇÃO EM FUNDO MÓVEL

Os canais de fundo móvel são normalmente muito largos e pouco profundos. Muitas vezes observa-se, a longo prazo, uma tendência à erosão ouassoreamento, o que pode exigir o controle desses processos através de obras de regularização de leito.

O inconveniente básico da regularização dos rios de fundo móvel é o rebaixamento do leito, que sempre decorre da sua estabilização. As conseqüências desse fato são numerosas, tanto a montante como a jusante, e são facilmente determinadas através das leis da Hidráulica Fluvial.

A regularização pode ser feita: No leito menor, visando a navegação; No leito normal, correspondente à vazão de formação do leito (vazão média

aproximadamente) visando sobretudo a estabilidade do leito e o transporte sólido.

As obras de definição do traçado com auxílio das obras de diques, espigões e soleiras de fundo, direcionam o escoamento para atingir-se a estabilização do álveo com a própria energia hidráulica, atingindo condições atuantes ligeiramente inferiores às críticas para o início de movimento

9 - TIPOS DE OBRAS

9.1 – Espigões

Os espigões podem ser normais à margem ou inclinados, para montante ou para jusante. Sempre em sua extremidade há uma tendência a erosões provocadas por turbilhões perpendiculares ao espigão. Dessa forma, quando o espigão é inclinado para jusante pode ocorrer erosão da margem, a menos que o espigão seguinte seja suficientemente próximo para que isso não ocorra. Consequentemente, não é ecomendável inclinar os espigões para jusante.

Os espigões inclinados para montante formam ângulos com a corrente entre 10° e 30°, sendo os normais, em geral, executados nas margens côncavas.

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Figura 7 – Exemplo de utilização de espigões

Em geral, a distância entre espigões é dada em relação à largura do rio. A literatura indica distâncias máximas entre uma a duas vezes a largura do rio. Para rios estrangulados, isso eqüivale a 0,5 a 1 vez a largura do estrangulamento. Obviamente isto visa atender aos requisitos de navegação e não de estabilidade. Quanto maior arelação L/B, onde L é a distância entre espigões e B a largura do rio, maiores são as acelerações e desacelerações da corrente, o que provoca maiores perturbações à navegação.

Figura 8 – Espigões utilizados para concentração de fluxo

9.2 – Diques

Os diques são estruturas longitudinais ao rio e, no caso de serem apoiados nas margens, constituem, de fato, proteções ou revestimentos de margens. Muitas vezes, quando os diques são distantes da margem, constroem-se espigões interiores com o objetivo de reforçá-los e impedir a formação de novos canais caso o dique rompa e, além disso, favorecer a deposição de material.

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Figura 9 – Dique

As vantagens deste tipo de obras consistem em: concluída a obra já definem o canal de fixação de correntes na margem côncova, não obstrução ao escoamento e adaptação às curvaturas do canal.

Sendo os diques e os espigões distantes entre si de uma distância maior que o seu comprimento, em geral, estes são mais econômicos (inclusive ficam em profundidades menores). Os diques podem ficar sujeitos a pressões em toda a sua extensão (níveis d’água diferentes entre as duas faces) o que exige proteção e maior espessura em toda a extensão. Os espigões tem o mesmo nível d’água nas duas faces e só precisam ser protegidos nos extremos.

A vantagem principal dos espigões é poderem ser aumentados facilmente e adaptados às necessidades. Tem como principal inconveniente as perturbações que causam ao escoamento e o perigo à navegação. Exigem cuidados quanto a manutenção, sobretudo nas margens côncavas, onde podem causar fortes erosões na extremidade e mesmo nas margens durante as cheias.

9.3 – Soleiras de Fundo

Em muitos casos pode ser necessário implantar obras de fixação de leito de forma a se garantir uma declividade de fundo e profundidades adequadas ao uso destinado ao trecho do rio em estudo. Um tipo de obra que visa impedir o avanço dos processos erosivos são as soleiras de superfície.

Essas estruturas, que são construídas perpendicularmente ao leito, procuram absorver a energia do escoamento diminuindo a capacidade do fluxo de água em transportar os sedimentos. Elas são aplicadas em trechos de rios sem navegação, e especialmente em casos onde a erosão a montante pode provocar assoreamento indesejável no trecho de jusante.

As soleiras de fundo constitem-se no prolongamento dos diques ou espigões sempre que ao leito tiver que ser imposta a condição superior ao limite de erosão. Em geral, essas obras são construídas em série com a altura de crista e a distância entre uma soleira e outra determinadas a partir de procedimentos de otimização.

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10 - BIBLIOGRAFIA

Capítulo 23 da apostila;Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica.

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