quebra mares

7/24/2019 Quebra Mares

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Portos 1 e 2

Quebra-mares

Notas de Aula

SUMRIO

1. Quebra-mares Definies e Caractersticas

2. Escolha do Tipo de Estrutura

3. Parmetros que Influenciam a Escolha por Determinado Tipo de Estrutura

4. Quebra-mares No Convencionais

5. Dimensionamento de Quebra-mares

6. Dados Para o Projeto

7. Frmula para Dimensionamento


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1. Quebra-mares Definies e Caractersticas

Quebra-mar , segundo Vera Cruz1, na sua concepo mais geral, todo e qualquer obstculo propagaonormal de ondas de gravidade geradas pelo vento sobre uma superfcie de gua. A consequncia imediata da

presena de um quebra-mar a criao de uma superfcie abrigada da ao direta das ondas. A superfcie

abrigada pode resultar da interveno antrpica ou existir por condies naturais.

No primeiro caso, o do quebra-mar criado pelo homem, diz-se tratar-se de um quebra-mar artificial; nosegundo, de um quebra-mar natural.

Uma ilha, ou uma formao rochosa podem, em certas condies, servir como quebra-mares naturais.

Quando o seu paramento interior parcial ou totalmente utilizado em operaes de carga e descarga denavios, ou quando tem funes de guia de correntes, o quebra-mar tambm pode ser designado por molhe.

Um quebra-mar (natural ou artificial) pode estar ligado a terra, designando-se ento por quebra-marenraizado. Se estiver separado da linha de costa denominar-se- de quebra-mar destacado.

Quebra-mares de Talude

Existem vrios tipos de quebra-mares artificiais. Tradicionalmente os quebra-mares eram constitudos porenrocamento lanado de modo a criar um aglomerado de seo transversal trapezoidal, cujos lados tinham asinclinaes do talude natural do enrocamento empregado.

A este tipo de quebra-mar, que a evoluo da tcnica tem permitido melhorar, em especial graas substituio dos blocos de rocha por blocos de concreto de formas especiais, e que se mantm de grande

utilizao, funo de sua simplicidade de execuo e manuteno bem como sua eficincia na dissipao daenergia das ondas, chama-se quebra-mar de talude.

Neste tipo de quebra-mar a onda perde energia por rebentao, por atrito e pela formao de uma emulso ar-gua, sendo que uma parcela bastante reduzida desta energia pode ser refletida para o largo.

A Figura 1, a seguir, apresenta uma seo transversal para este tipo de estrutura.

1

Daniel Vera Cruz, Generalidades sobre Quebra-mares Tradicionais. Particularidades sobre Quebra-maresde Talude, Memria n

o 338, Laboratrio Nacional de Engenharia Civil de Lisboa, Ministrio das Obras

Pblicas, Transportes e Comunicaes, Lisboa, 1969.


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Quebra-mares de Parede Vertical

Em um outro tipo de quebra-mar - o quebra-mar de parede vertical, formado como o nome indica por umaparede vertical impermevel, a onda refletida para o largo sem a ocorrncia de arrebentao (para o que aestrutura dever se situar a profundidades superiores s de arrebentao da onda incidente).

A fundao deste quebra-mar normalmente constituda por um colcho de enrocamento sobre o qual soassentes caixes ou blocos de concreto. A principal desvantagem destas estruturas que so estruturasrgidas, isto , alm de no aceitar recalques excessivos, podem vir a sofrer perda de estabilidade estruturalquando solicitadas por esforos acima dos projetados.

A Figura 2, a seguir, apresenta uma seo transversal deste tipo de estrutura.

Quebra-mares Mistos

Um tipo intermdio entre os quebra-mares de talude e vertical o quebra-mar misto, constitudo por um

prisma de enrocamento que se estende desde o fundo at uma certa cota, sobre o qual assente uma paredevertical.


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O seu funcionamento , at determinada altura de onda, anlogo ao do quebra-mar de parede vertical. Paraalturas superiores, ao provocar a rebentao, funciona em parte como quebra-mar de talude e em parte comoquebra-mar de parede vertical. Um caso muito particular deste o quebra-mar de estrutura mista, em que a

parede vertical se resume a um muro-cortina, destinado a complementar a proteo ao galgamento e que,portanto, funciona na prtica apenas como quebra-mar de talude.

Um caso de quebra-mar funcionando involuntariamente como quebra-mar misto o do quebra-mar projetado

como vertical mas em que, porque ocorrem ondas maiores do que aquelas consideradas no projeto, seregistra a arrebentao parcial das ondas. Este fenmeno pode gerar sobre a estrutura esforosconsideravelmente superiores queles cuja ocorrncia se previa.

Ensaios em modelo fsico reduzido so nestes casos fundamentais para se estudar e analisar com cuidado assolicitaes sobre a estrutura, de forma a garantir o comportamento hidrulico-estrutural da obra durante suavida til.

As Figuras 3 e 4, a seguir, apresentam sees transversais para este tipo de estrutura.

A estes trs tipos de quebra-mares usual se denominar de quebra-maresconvencionais ou tradicionais.


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Quebra-mares No Convencionais

Outros tipos de obras de proteo vem sendo utilizadas com xito, em particular para abrigo a portos de lazer(marinas) ou em portos localizados em guas restritas (lagos, lagoas e rios), sujeitos incidncia de ondas decurto perodo (perodos de at 3s, por exemplo). Para situaes de agitao deste tipo, as soluesconvencionais no se mostram exeqveis, principalmente por motivos de natureza econmica.

So os denominados quebra-mares no convencionais, que se apresentam como principal caractersticaserem estruturas leves, em geral removveis, que exploram outras formas de amortecimento da energia dasondas. So exemplos os quebra-mares de ar comprimido, os quebra-mares flutuantes (de lmina, de mdulos,de pneus, de esferas, etc.) e quebra-mares de parede vertical que no se estendem por toda a profundidade dalmina dgua.

Este tipo de estrutura no se aplica ao caso do Iate Clube do Rio do Janeiro em funo das caractersticas doregime de ondas existentes para o qual existe a necessidade de abrigo. As ondas se apresentam com perodosgrandes (acima de 12s para perodos mdios), o que demanda uma necessidade de proteo passagem das

ondas que deve se desenvolver ao longo de toda a profundidade.As Figuras 5 e 6, a seguir, apresentam exemplos de quebra-mares no-convencionais.


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Outras Definies

Se a cota de coroamento a cota da crista do quebra-mar - no for suficiente para impedir a passagem dasondas (o galgamento), a estrutura denominada de quebra-mar galgvel. Caso contrrio, o quebra-mar denominado de no-galgvel.

Algumas vezes, so construdos quebra-mares de talude com uma cota de coroamento inferior cota debaixa-mar, ou cuja crista se encontra entre os limites de variao da mar. Estas estruturas so denominadasde quebra-mares submersos ou quebra-mares semi-submersos.

Estes tipos de estruturas de proteo podem ser compostas por blocos de enrocamento de menor peso,quando comparadas com quebra-mares de talude, uma vez que provocam a arrebentao das ondas de maioraltura, sem absorverem diretamente o impacto devido ao fenmeno.

2. Escolha do Tipo de Estrutura

Ao critrio de escolha de um ou outro tipo de obra preside, primeiramente, um condicionamento de naturezahidrulica. Com efeito, a construo de um quebra-mar vertical exige profundidades suficientemente grandes

para que a reflexo da onda incidente se produza sem rebentao.

A teoria e a experincia laboratorial permitem determinar as condies limites de adoo de um quebra-marvertical, exprimindo as declividades mximas sem rebentao que pode apresentar a onda para vrias

profundidades relativas.

Quebra-mares verticais construdos em profundidades insuficientes comportar-se-o como quebra-maresmistos, sofrendo dos inconvenientes apontados a tais obras2.

Verificada a viabilidade, do ponto de vista hidrulico, de construir uma obra de paramento vertical, haverque averiguar se o regime de ondas estacionrias resultante da reflexo das ondas progressivas incidentes nose revestir de inconvenientes, por exemplo, para a navegao que demanda a rea abrigada pelo quebra-mar.

Depois de analisados os aspectos tericos e funcionais apontados, levanta-se o problema de deciso por umou outro tipo de quebra-mar, j que a adoo de quebra-mares de talude no condicionada por qualquer daslimitaes apontadas aos quebra-mares de paramento vertical.

A deciso final dever resultar da ponderao de condicionamentos vrios existentes no local da obra eque em ltima instncia afetam a economia do empreendimento.

Uma diferena essencial entre as estruturas dos dois tipos de obra reside em que no quebra-mar de paramentovertical o material de construo base o beto em caixes ou em blocos enquanto no quebra-mar de talude

predomina o enrocamento, distribudo por vrias classes de peso.

Da que um fator chave na adoo de um quebra-mar de talude seja o conhecimento das caractersticas daspedreiras susceptveis de fornecer os enrocamento necessrios construo, em regime econmico deexplorao.

2Declividade de onda o quociente da sua altura pelo seu comprimento; profundidade relativa o

quociente da profundidade pelo comprimento da onda. onda estacionria resultante da sobreposio dasondas incidentes com as ondas refletidas chama-se clapotis.


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O estudo de uma pedreira dever englobar o conhecimento da sua natureza geolgica, as propriedadesfsicas, qumicas e mecnicas das pedras que ela poder fornecer, a escolha do processo de explorao maisconsentneo com a natureza da pedreira e uma prospeco prvia que permita conhecer as propores emque aparecero as diferentes classes de pesos dos enrocamento que resultaro da sua explorao. Todos estesaspectos devero ser apreciados separadamente e em conjunto, dado que qualquer deles, por si s ou emconjugao com outro, pode ditar a condenao da pedreira.

Assim, por exemplo, pode o peso especfico da pedra ser to baixo que obrigue ao emprego de pesos deblocos naturais to elevados que no sejam compatveis com a explorao econmica da pedreira; ou podemas pedras, pela sua composioqumica, no ser recomendveis, por serem vulnerveis ao ataque qumico dagua onde sero lanadas; ou podem os blocos, por muito quebradios, desdobrarem-se, durante ou aps acolocao, em elementos de peso unitrio inferior ao requerido, comprometendo consequentemente aestabilidade da obra.

3. Parmetros que Influenciam a Escolha por Determinado Tipo de Estrutura

Reconhecida a existncia de pedreira ou pedreiras compatveis com a construo da obra em estudo, passa-seao estudo comparativo dos custos das duas solues quebra-mar vertical ou de talude- estudo esse que deveratender a aspectos diversos, nem sempre fceis de quantificar. Entre esses aspectos, citam-se:

a) Regimes de ondulao e de ventos locais

Os regimes de ondulao e de ventos podem desaconselhar possveis solues construtivas, como sejamaquelas que exigem o recurso a volumoso equipamento flutuante. Esse aspecto atinge importncia particularem locais onde no se torna fcil dispor de rea suficientemente abrigada para a recolha do equipamentoflutuante em ocasies de temporal. Como soluo particularmente sensvel a esse condicionamento refere-se

a de quebra-mares verticais construdos com caixes flutuantes de beto armado.

b) Equipamento construtivo disponvel

Quando excluda, por fora do condicionamento anterior, o recurso em grande escala a equipamentoflutuante, a soluo construtiva dever fundamentar-se em equipamento avanando de terra. Continuarainda neste caso a ser vivel a adoo de um quebra-mar vertical, com os paramentos constitudos por blocosde beto, desde que o equipamento disponvel tenha capacidade de movimentao, transporte e colocaocompatvel com os pesos dos blocos a utilizar, pesos esses que so normalmente superiores aos pesos doselementos a utilizar num quebra-mar de talude.

c) Riscos durante a construo

A importncia de avarias que podem afetar a obra durante a construo outro fator a ter presente na anliseeconmica das possveis solues, a qual dever avaliar as probabilidades de ocorrncia e a magnitudedaquelas avarias. Dependendo essas probabilidades, fundamentalmente, do regime de ondulao local,reconhece-se a importncia de caracterizar tal regime com a possvel aproximao.

Com efeito, s um conhecimento suficientemente aproximado desse regime permitir prever a probabilidadede ocorrncia de ondas de altura bastante para danificar a obra durante o perodo de construo. Quanto maisdemorar a construo, maior ser a probabilidade de ocorrncia de ondas de maior altura e,consequentemente, maiores sero os riscos de danos importantes, o que exigir a previso de medidas

construtivas adequadas para os enfrentar.


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Variando a importncia dos danos provveis com o tipo de obra e com a durao do perodo de construo, oqual depende por sua vez do tipo de obra e da sua extenso e, para um dado tipo de obra, dos meiosconstrutivos disponveis, reconhecer-se- a interferncia dos vrios fatores a ter em conta e a complexidadeda sua justa ponderao.

d) Natureza dos fundos no local da obra

A natureza dos fundos outro fator importante a ter em conta, particularmente ao encarar-se uma soluo deobra vertical. Com efeito, uma soluo desse tipo envolve problemas delicados quando o fundo, pela suanatureza, for muito deformvel, dados os assentamentos a que fica sujeita a obra. No sendo tecnicamenteinsolveis os problemas de fundao que nessas condies se levantam, a sua resoluo implica em muitoscasos volumosos dispndios que comprometem a economia da obra vertical relativamente ao quebra-mar detalude.

e) Disponibilidade de Material de Construo

f) Custo de Aquisio do Elemento Estrutural

4. Quebra-mares No Convencionais

Mais recentemente e destinados principalmente aos casos em que por razes tcnicas ou econmicas osquebra-mares convencionais no eram exequveis, comearam a empregar-se novos tipos de quebra-mares,designados por no-convencionais, em geral amovveis, os quais exploram outras formas de amortecimentoda energia das ondas. So exemplos os quebra-mares de ar comprimido e os quebra-mares flutuantes (delmina, de mdulos, de pneus, de esferas, etc.). Este tipo de quebra-mares no ser aqui abordado.

5. Dimensionamento de Quebra-mares

O dimensionamento de um quebra-mar tem dois aspectos distintos:

Dimensionamento hidrulico;

Dimensionamento estrutural,

No dimensionamento hidrulico definem-se a implantao, o comprimento da obra e a cota de coroamento

necessrios para se conseguir o abrigo pretendido, No dimensionamento estrutural definem-se a geometriado perfil da estrutura e os pesos dos blocos (de enrocamento ou de beto) necessrios para resistir ao de

projeto.

Um quebra-mar tem ao longo do seu desenvolvimento algumas zonas cujo dimensionamento estruturalrequer cuidados especiais. So os chamados pontos singulares, de que so exemplo o enraizamento, o cabeoe as curvas.

Os acidentes que os quebra-mares de talude tm sofrido e muito especialmente os acidentes nos molhes deSines e de Bilbao, pela sua gravidade, vieram motivar uma profunda reflexo mundial sobre os mtodos dedimensionamento que vinham sendo adotados.

Sendo o modelo reduzido uma das partes fundamentais do projeto de um quebra-mar, compreende-se que oproblema dos efeitos de escala tenha tambm sido alvo de discusso.


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Mas outros aspectos, tradicionalmente considerados como de segunda ordem neste domnio, tm agora vindoa ser objeto de estudo. So exemplos os casos da resistncia estrutural dos blocos e a reologia de macios deenrocamento.

Finalmente e embora tratando-se de um assunto cujo desconhecimento preocupa j h longos anos as pessoasligadas engenharia costeira, tambm o estudo da agitao martima sofreu novo impulso.

6. Dados para o Projeto

Nvel dgua e Profundidade de Projeto

Onda de Projeto

A onda de projeto adotada no dimensionamento estabelecida em funo da aceitao por parte daestrutura de alguma deformao quando sob ao de trens de ondas de ressaca.

Quanto mais flexvel for a seo (enrocamentos, por exemplo), menor o valor da onda de clculoadotada. No caso de quebra-mares mistos, que so estruturas rgidas (em caixes de concreto, porexemplo), o valor da onda de clculo o mais desfavorvel.

Relativamente aos valores a serem adotados, como j apresentado no Relatrio 01, as ondas de projetopodero ser:

Altura significativa (Hs): 1,6m;

Altura do dcimo superior (H10): 2,0m;

Altura do centsimo superior (H1): 2,7m.

7. Frmula para Dimensionamento

Neste tipo de estrutura, os principais elementos a serem dimensionados so:

Peso do bloco de pedra que compe a armadura de proteo, de modo que este elemento semantenha estvel sob a ao de tempestades representadas pela altura de projeto;

Cota de coroamento (ou cota da crista) da estrutura, de forma a no permitir - ou minimizar, sefor o caso - a passagem da onda sobre a estrutura;

Para o clculo dos blocos de pedra que compem a armadura principal foi utilizada a formula de Hudson,como apresentada no Shore Protection Manual 3, a saber:

3Vide nota 2.


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( ) ( ):,

cot13

3

onde

r

W

SK

H

d

r

=

W Peso mdio do bloco de pedra que compe a armadura principal; os valores mximo e mnimovariam entre (1,25 W) e (0,75 W), sendo que 50% dos blocos que compem a seo devem pesarmais do que W; a gradao das pedras deve ser uniforme ao longo destes limites;

r Peso especfico da rocha, aqui admitido com 2,65 t/m3(granito gnaisse);

H Altura da onda de projeto, aqui admitida como igual a 2,0 m;

Sr Relao entre o peso especfico do bloco de rocha (2,65 t/m3) e a gua do mar (1,03 t/m3);

ngulo entre o fundo do mar (horizontal) e o talude da estrutura; aqui admitido como [= arccot (1,0/1,5];

Kd Coeficiente de estabilidade, funo da forma do bloco da armadura, rugosidade superficial

do bloco e o grau de interligao obtido durante a colocao dos elementos; aqui admitido como 2,44.

No caso de quebra-mares de parede vertical, utiliza-se a Frmula de Goda.

4Table 7-8, pgina 7-2-6, Shore Protection Manual;

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