6. R EVESTIMENTOS DE M ARGENS S UJEITAS AO E FEITO DE O NDAS
6.1 Tipos de revestimentos
Em geral, são os mesmos usados no revestimento de canais mencionados nos capítulos anteriores. Os mais usados são:
• rip-rap: pedras soltas colocadas uma ao lado da outra sobre um filtro de material de dimensões menores. Pode ser constituído por uma ou mais camadas. As pedras podem ser lançadas ou colocadas ordenadamente e compactadas;
• colchões Reno® e gabiões caixa: já descritos no capítulo 2.2; • geomantas: já descritas no capítulo 2.3.
6.1.1 Rip-Rap
No U.S. Army Corps of Engineers em Vicksburg foi desenvolvida por Hudson uma fórmula para determinar a estabilidade dos elementos de estruturas de proteção em pedras:
6. REVESTIMENTOS DE MARGENS SUJEITAS AO EFEITO DE ONDAS
γ
s . RH3W =
KD.(Sr - 1)3 . cotg1/2
φ
(43)
onde:
W: peso de um elemento de proteção;
γ
s: peso específico do elemento;Sr: peso específico relativo do elemento;
φ
: inclinação da estrutura com a horizontal;KD: coeficiente de estabilidade variável de 2 a 4,5 para as pedras de pedreira.
Conhecido o peso W do elemento de proteção, assume-se como dimensão média (dm)
das pedras o valor médio entre o diâmetro da esfera e o lado do cubo de peso W e cujo
6.1.2 Colchões Reno® e gabiões caixa
C.T. Brown conduziu uma pesquisa de laboratório sobre o uso dos colchões Reno® e gabiões caixa para revestimentos de costas marítimas e encontrou que o deslizamento é a principal causa de colapso dos colchões Reno® aplicados sobre margens com inclinações maiores que 1:2, enquanto o colapso por flutuação é predominante para colchões Reno® aplicados sobre margens com pequenas inclinações.
Foram desenvolvidas duas equações para determinar a espessura necessária dos colchões Reno® para proteção de margens.
Para inclinações superiores a 1:3,5:
HD t = 3 . (1 - V) . (Sr - 1) . cotg
φ
(44) HD t = 7 . (1 - V) . (Sr - 1) . cotg1/3φ
(45) onde:t: espessura do colchão Reno®;
HD: altura da onda de projeto;
V: porcentagem dos vazios das pedras de enchimento.
Para inclinações inferiores a 1:3,5:
Para pedras comuns de pedreira resulta:
(1 - V) . (Sr - 1)
≈
1Confrontando a equação (43) com (44) e (45) (colchões Reno®), verifica-se que o uso de um revestimento em rip-rap requer muito mais material do que um revestimento em colchões Reno® (lembrando-se que a espessura de um revestimento em enrocamento é da
ordem de 1,5 a 2 vezes o valor da dimensão média das pedras dm).
Por exemplo, para um revestimento de inclinação de 1:2 e com ondas de projeto de 1 m, a espessura necessária para os colchões Reno® é aproximadamente 0,23 m, enquanto a espessura requerida para o rip-rap é de 0,45 a 0,60 m.
A Sogreah Ingénieurs Conseils (Grenoble - França), conduziu no período de julho de 1982 a outubro de 1983 um programa de provas e de pesquisas para determinar a eficiência dos colchões Reno® utilizados como revestimentos de margens contra os efeitos da ação de ondas.
6. Revestimentos de Margens Sujeitas ao Efeito de Ondas
As provas foram executadas em escala 1:5 e consideraram os seguintes parâmetros (em escala real):
• altura da onda: até 2,20 m;
• inclinação da margem: 1:3, 1:2 e 1:1,5;
• espessura dos colchões Reno®: 0,15 m a 0,25 m; • período da onda: de 2,7 s a 5,15 s.
As provas permitiram a definição das curvas limite de estabilidade, segundo a inclinação da margem e de sua permeabilidade. Na figura 6.1.1 estão relacionadas tais curvas para colchões Reno® de 0,15 m de espessura em escala real.
O Laboratório de Hidráulica Aplicada do INCYTH (Instituto Nacional de Ciência e Técnicas Hídricas) / Buenos Aires - Argentina, conduziu no período de 1987 a 1989 um programa de provas e pesquisas para determinar a eficiência dos colchões Reno® usados como revestimentos de margens contra os efeitos da ação de ondas provocadas pelo vento e o galgamento das ondas.
As provas foram executadas em escala 1:16 e consideraram os seguintes parâmetros (escala real):
• altura da onda: até 2,53 m;
• inclinação da margem: 1:3, 1:2 e 1:1,5;
• espessura dos colchões Reno®: 0,17 m, 0,30 m e 0,50 m; • período da onda: aleatório;
• margem permeável e impermeável.
Para o cálculo da sobrelevação (run-up) foram obtidas expressões que levam em conta a amplitude da onda e o ângulo do talude. A expressão para o galgamento significativo (RS) encontrada é:
É conveniente notar que nas provas não foram estudados os efeitos provocados pelo movimento das pedras dentro dos colchões Reno® e gabiões caixa. Recomenda-se, assim como já indicado nos capítulos anteriores, avaliar a freqüência e duração das ondas, considerando que o movimento das pedras contidas dentro das estruturas metálicas pode desgastar o revestimento dos arames, especialmente em margens com presença de areia pelo efeito abrasivo desta.
Devido ao contato com a água, devem sempre ser usados colchões Reno® e gabiões caixa produzidos com arame com revestimento Galfan® e recobrimento adicional de material plástico.
A partir dos resultados destes ensaios do INCYTH, assim como dos valores obtidos no Laboratório de Sogreah e da aplicação da equação experimental de C.T. Brown, pode-se adotar para o projeto os valores máximos das amplitudes de ondas suportados pelos vários tipos de colchões (0,17 m, 0,23 e 0,30 m) e gabiões (0,50 m) para as diversas condições de inclinação do talude e permeabilidade da base:
0,5 . (g . T2)0,2. HS0,8 Rs = cotg
φ
0,25 0,85 . (g . T2)0,2. HS0,8 Rm = cotgφ
0,25 onde:Hs: altura significativa das ondas incidentes;
T: período das ondas;
φ
: ângulo da margem a proteger.A expressão do galgamento máximo (Rm):
(47)
6. Revestimentos de Margens Sujeitas ao Efeito de Ondas
Tabela 6.1.1 – Dimensionamento de colchões Reno®e gabiões caixa de acordo com a amplitude das ondas.
Colchões Reno® 0,17 0,40 0,45 0,60 0,65
Colchões Reno® 0,23 0,45 0,50 0,65 0,75
Colchões Reno® 0,30 0,50 0,60 0,75 0,90
Gabiões caixa 0,50 0,60 0,70 0,90 1,05
Talude 1:3 - Amplitude das Ondas
Talude impermeável Talude permeável
Limite Máximo Limite Máximo
superior admissível superior admissível
[m] [m] [m] [m] Material Espessura Colchões Reno® 0,17 0,30 0,35 0,45 0,50 Colchões Reno® 0,23 0,35 0,40 0,50 0,60 Colchões Reno® 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 Gabiões caixa 0,50 0,50 0,60 0,70 0,85
Talude 1:2 - Amplitude das Ondas
Talude impermeável Talude permeável
Limite Máximo Limite Máximo
superior admissível superior admissível
[m] [m] [m] [m] Material Espessura Colchões Reno® 0,17 0,20 0,25 0,30 0,35 Colchões Reno® 0,23 0,25 0,30 0,35 0,45 Colchões Reno® 0,30 0,30 0,40 0,45 0,55 Gabiões caixa 0,50 0,40 0,50 0,55 0,70
Talude 1:1,5 - Amplitude das Ondas
Talude impermeável Talude permeável
Limite Máximo Limite Máximo
superior admissível superior admissível
[m] [m] [m] [m]
Figura 6.1.2 - Dimensões de projeto para proteção de margens com geomantas.
O talude (suporte do revestimento) constituído por solo natural pode ser considerado impermeável. Para ser considerado permeável deve-se ter camadas sob o gabião constituídas por pedras, cascalho ou areia, com espessuras da ordem de 30 a 50 cm.
6.1.3 Geomantas
Em caso de margens solicitadas pela ação de ondas de menor altura, as geomantas podem ser usadas como proteção para ondas de 0,20 a 0,30 m, e no caso de serem preenchidas com pedrisco e betume. Para ondas de maior amplitude (da ordem de 0,50 m) o tempo de permanência da agitação é importante para definir a estabilidade do revestimento. Também neste caso foram realizadas provas para estudar o comportamento e definir métodos de dimensionamento para este material.
A figura 6.1.2 ilustra as principais dimensões de projeto que devem ser utilizadas para revestimentos com geomantas, considerando os níveis máximo e mínimo de água, juntamente com a ação das ondas.
O comprimento superior (“upper boundary”) que deve ficar acima do galgamento provocado pela ação de ondas (“wave run up”) é da ordem de 0,5 m, medidos ao longo da superfície inclinada.
A altura de galgamento é função da altura da onda e da inclinação das margens do canal. Para determiná-la pode-se utilizar a tabela 6.1.2.
6. Revestimentos de Margens Sujeitas ao Efeito de Ondas
Tabela 6.1.2 - Altura de galgamento [m] em função da altura da onda e da inclinação dos taludes das margens.
Figura 6.1.3 - Holanda.
0,1 0,40 0,25 0,20
0,2 0,80 0,55 0,40
0,3 1,20 0,80 0,60
Altura de galgamento [m]
Inclinação dos taludes das margens
26° (1:2) 18° (1:3) 14° (1:4)
Altura da onda [m]
O comprimento inferior (“lower boundary”) que deve ficar abaixo do nível mínimo é estabelecido da seguinte forma:
• quando o revestimento é atacado por ondas menos intensas este comprimento pode ser calculado como 1,5 a 2 vezes o valor da amplitude da onda, mantendo-se um mínimo de 1 m, medido ao longo da superfície inclinada do talude;
• quando o revestimento é também submetido permanentemente à ação do escoamento, toda a superfície da margem, do nível mínimo até o fundo, deve ser recoberta independente de estar também sob a ação de ondas.
Ensaios efetuados em 1996, no Waterloopkundig Laboratorium, indicam que taludes com vegetação bem desenvolvida têm resistido a ondas de até 0,40 m por um período de agitação de 1 a 2 dias.
Não existe até o momento nenhum resultado da utilização conjunta da geomanta com vegetação desenvolvida, sob a ação de ondas.
Portanto, em função dos testes efetuados é aconselhável a utilização de geomantas preenchidas com pedrisco betumado até ondas de 0,30 m e com uma ação contínua de até alguns dias.