A INCORPORAÇÃO DE GEOSSISTEMAS EM SOLUÇÕES DE PROTEÇÃO
COSTEIRA BASEADAS NA NATUREZA – INVESTIGAÇÃO E APLICAÇÃO
Maria Lurdes Lopes Luciana das Neves & F. Veloso Gomes
Seminário
Segurança na Escavação de Valas - Recomendações e Boas Práticas Auditório da Sede Nacional da Ordem dos Engenheiros
Lisboa, 9 de novembro de 2016
SEMINÁRIO
PROTEÇÃO COSTEIRA
Contributos da Engenharia
Geotécnica
Auditório da Sede Nacional da Ordem dos Engenheiros
A INCORPORAÇÃO DE GEOSSISTEMAS EM SOLUÇÕES DE PROTEÇÃO
COSTEIRA BASEADAS NA NATUREZA – INVESTIGAÇÃO E APLICAÇÃO
1
Introdução
2
Sistemas de proteção baseados na natureza
3
Exemplos de aplicação em Portugal
4
Programa de I&D&I
5
Considerações finais
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Riscos Costeiros
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1. INTRODUÇÃO
Os riscos costeiros afetam centenas de milhões de
pessoas, infraestruturas fundamentais e atividades
económicas.
(p.e. tsunami no Índico em 2004, os furacões Katrina e Sandy, o terramoto Tohoku e o tufão Haiyan que atingiu as Filipinas em 2013, assim como a
sequência de eventos de tempestade no inverno de 2013/2014 e a tempestade Doris em 2017, em Portugal)
É inegável que as zonas costeiras continuarão a
enfrentar uma série de desafios prementes e
inter-relacionados.
(p.e. erosão costeira, inundações, sobreexploração dos recursos naturais, expansão urbana, destruição de ecossistemas naturais)
A previsão de alterações climáticas agrava a
exposição e a vulnerabilidade atuais e é uma ameaça
à sustentabilidade.
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1. INTRODUÇÃO
É cada vez mais difícil reconciliar a segurança de
pessoas e bens com os processos costeiros;
A conjugação entre aumento da urbanização, diminuição
do volume de sedimentos transportados e a previsão de
alterações climáticas levam a concluir que:
os custos com medidas de mitigação irão aumentar
a sua eficácia a longo-termo irá diminuir
A SALVAGUARDA DA DINÂMICA NATURAL DA LINHA DE COSTA
(em muitos casos, houve já perda irreversível de habitats costeiros e, uma redução das suas características de dinâmica natural e a perda das suas funções sociais, económicas e ecológicas)
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Os
sistemas de proteção costeira baseados na natureza
são intervenções inspiradas na natureza ou suportadas
por funções naturais existentes em ecossistemas naturais
saudáveis.
São soluções com um
custo-benefício
geralmente
elevado
que, simultaneamente, proporcionam benefícios ambientais,
sociais e económicos e melhoram a
resiliência
.
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2. SISTEMAS DE PROTEÇÃO BASEADOS NA NATUREZA
A proteção oferecida por este tipo de solução é conseguida
através de uma combinação entre:
atenuação/dissipação da energia da agitação
incidente
proteção contra inundações
alimentação do transporte sedimentar
espaço para que os processos costeiros se
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2. SISTEMAS DE PROTEÇÃO BASEADOS NA NATUREZA
Estas estratégias incluem um
espetro de intervenções
que vai desde as que existem exclusivamente devido aos
processos naturais
, às que são
resultado da engenharia
.
Os sistemas inspirados na natureza podem incluir
recifes
,
ilhas barreira
,
sistemas praia-duna
,
transição águas
profundas para pouco profundas
(alteração da batimetria),
zonas húmidas
e
floresta marítima
.
Muitos destes ecossistemas naturais encontram-se em
risco pela ação antrópica sobre eles, pelo que, este tipo de
intervenção pode ajudar a restabelecer, recuperar,
conservar e re-criar/reproduzir sistemas naturais e funções
naturais.
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2. SISTEMAS DE PROTEÇÃO BASEADOS NA NATUREZA
Praia natural
São Martinho do Porto Portugal
Praia artificial baseada na natureza Egipto
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2. SISTEMAS DE PROTEÇÃO BASEADOS NA NATUREZA
Mega-alimentações de sistemas praia-duna Hondsbossche Dunes
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2. SISTEMAS DE PROTEÇÃO BASEADOS NA NATUREZA
Reforço dunar Recife artificial
Estrutura de suporte (“pé”) de praia artificial
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3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM PORTUGAL
Praia de Ofir, Esposende
Esta empreitada, concluída no verão de 2015, esteve enquadrada numa estratégia de reforço dos sistemas dunares e de outros elementos da linha de costa, com vista à preservação dos ecossistemas naturais e à proteção de pessoas e bens.
Os geossistemas foram instalados no
núcleo dunar e recobertos com areia, e a praia frontal reperfilada. Foi também instalada uma proteção mecânica constituída por um geotêxtil não-tecido, bem como um “scour apron”.
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3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM PORTUGAL
Manutenção e reforço da restinga
de Ofir, Esposende
Esta empreitada foi terminada em finais de 2015. Tratou-se de uma obra de execução complexa, pioneira em PT no que respeita à sua dimensão, tanto em altura como em
extensão, que, por isso, deve ser encarada como experimental em muitos aspetos.
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3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM PORTUGAL
Praia da Leirosa, Figueira da Foz
Em 1995 a instalação de uma conduta forçou a passagem através da duna existente que resultou na sua progressiva exposição aos agentes climáticos e consequente degradação, agravada pelo enfraquecimento das fontes
aluvionares.
Desde 2000 foram efetuadas diversas operações de reconstrução dunar com sucesso limitado. Em 2005 foi instalado um projeto experimental
incorporando um sistema aberto de confinamento de areias, que foi
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3. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM PORTUGAL
Estela Golf, Póvoa do Varzim
A primeira intervenção nesta praia foi realizada em 1999; consistiu na ripagem de areias da praia frontal para o pé da duna e a sua
consolidação com paliçadas. A esta sucederam outras semelhantes no prazo de um ano.
Em 2000/2001, após as marés-vivas de setembro, a duna encontrava-se quase completamente
destruída pela agitação marítima o que motivou a procura de uma solução mais robusta com
sacos cheios com areia.
A partir daí, têm vindo a ser colocados novos elementos, anualmente ou várias vezes por ano.
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Desde inícios deste século, tem vindo a ser realizado na FEUP um
programa de I&D&I sobre técnicas de proteção costeira
sustentáveis incorporando geossistemas de confinamento de areias.
Esse programa foi o seguimento natural de uma ampla investigação (e consultoria) nos domínios dos geossintéticos como materiais de construção e das estruturas de proteção costeira e da gestão de zonas costeiras, enquanto tópicos de investigação separados.
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de I&D (POCTI/ECM/60807/2004), terminado, sobre a análise experimental da estabilidade de geocontentores sob a ação da
agitação marítima.
• Identificar os parâmetros e processos críticos para o comportamento
hidráulico e estabilidade de sistemas de controlo de erosão dunar utilizando sacos geotêxteis cheios com areia
• Identificar as zonas da estrutura mais solicitadas e aquelas que tem que ser explicitamente considerados no dimensionamento deste tipo de sistemas
• Estudar o efeito da reflexão da onda na estrutura, designadamente o seu impacto no aumento da erosão na praia frontal e na estabilidade da fundação
• Estudar possíveis efeitos de escala
Projeto de doutoramento, terminado, sobre a estabilidade de
geossistemas de confinamento de areias, em relação a erosões localizadas e ao abaixamento generalizado do nível da praia em frente à estrutura.
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de I&D (PTDC/ECM/122760/2010), terminado, sobre a avaliação dos níveis de segurança associados a erosões localizadas em torno de
geossistemas utilizados para controlo da erosão costeira na costa Portuguesa, permitiram identificar os principais processos envolvidos na estabilidade
incluindo os relacionados com o transporte sedimentar local.
• Estudar o atrito entre sistemas de confinamento de areia
• Avaliação do potencial de liquefação induzida pela ação cíclica da agitação marítima
• Estudo da estabilidade e do comportamento morfológico de sistemas de confinamento de areia, com base em ensaios em modelo físico de fundos móveis construído no LH-SHRHA-DEC-FEUP
• Analisar o desenvolvimento de erosões localizadas em torno dos sistemas de confinamento de areia, de acordo com a posição da estrutura e as condições hidrodinâmicas
• Investigar a eficiência de vários esquemas proteção
• Estudar a interação onda-estrutura e os processos costeiros nearshore responsáveis pelo transporte de sedimentos
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de D&I desenvolvido em Co-Promoção com
um parceiro da indústria (Projeto n.º 23093, AAC 13/2011),
terminado, que teve como objetivo o desenvolvimento de uma nova tecnologia de proteção costeira incorporando sistemas de
confinamento de areias em material geossintético mais adaptada às características hidrodinâmicas da costa portuguesa, isto é, zonas costeiras com elevada exposição à agitação marítima com
características de elevada energia, embora com potencial para ser exportada.
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de D&I desenvolvido em Co-Promoção com
um parceiro da indústria (Projeto n.º 23093, AAC 13/2011),
tecido para confinamento de areias
costura: ensaio de tração
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de I&D (Hydralab+), em curso, que tem como objetivo o estudo de sistemas de proteção costeira e adaptação às alterações climáticas
incorporando sistemas de confinamento de praias, baseado em resultados experimentais em modelo físico de fundos móveis de grande escala (escala geométrica 1 para 5). Neste estudo são testados diferentes tipos de
geossistemas para analisar:
Como variam a interação onda-estrutura e os processos costeiros
(hidrodinâmica e o transporte sedimentar) durante condições normais e extremas, entre uma praia não protegida e uma praia reforçada com geossistemas.
A eficiência de um sistema dinâmico de proteção costeira em frentes
urbanas litorais com elevada exposição aos riscos costeiros e um espaço limitado para que os processos costeiros se possam
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de I&D PTDC/ECM/42822/2001, terminado, sobre o estudo dos
comportamentos dos geossintéticos a curto e a longo prazo, com materiais intactos e danificados por agentes mecânicos (danificação durante a
instalação), físicos (agentes atmosféricos) e químicos (termo-oxidação, soluções ácidas e alcalinas, hidrólise)
Projeto de I&D PTDC/ECM/67547/2006), terminado, sobre o estudo da durabilidade dos geossintéticos expostos a agentes físicos e químicos
• Exposição em laboratório a líquidos, termo-oxidação e envelhecimento climatérico • Exposição in situ a envelhecimento climatérico
• Exposição in situ a agentes de degradação presentes em ambientes marinhos (UV, água do mar, ação das marés)
• Avaliação de sinergismos entre agentes de degradação químicos
• Desenvolvimento de um método para a determinação do aditivo Chimassorb 944 em geotêxteis de PP por cromatografia líquida de alta eficiência com deteção UV
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4. PROGRAMA DE I&D&I
Projeto de I&D PTDC/ECM/67547/2006, terminado, sobre o estudo da durabilidade dos geossintéticos expostos a agentes físicos e químicos
• Análise do grau de fotodegradação de geotêxteis por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)
• Análise de produtos de fotodegradação de geotêxteis por cromatografia gasosa e líquida com deteção por massa (GC-MS e LC-MS
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Conceito viável sobretudo quando enquadrado numa
estratégia de preservação e aumento da resiliência
costeira
, nomeadamente através do reforço dos sistemas
dunares e do reforço de praias.
Pro/Cons:
Preservação dos ecossistemas naturais.
Recuperação do espaço necessário para que os processos
costeiros possam desenvolver-se naturalmente.
Salvaguarda da dinâmica natural da linha de costa.
Projeto de I&D POCI-01-0145-FEDER-028862 (2018-2021), em curso, sobre a avaliação de efeitos sinérgicos na degradação de geossintéticos
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em alguns casos, essa
viabilidade só poderá estar garantida
através de medidas de planeamento e ordenamento do
território
, como a relocalização de pessoas e bens para zonas
mais interiores, ou de uma estratégia concertada com outras
intervenções de engenharia costeira, como a alimentação
artificial de praias.
Pro/Cons:
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Elementos de maiores dimensões vs. elementos de menores
dimensões
Elementos de maiores dimensões são naturalmente mais estáveis mas de mais dificil manuseamento e mais difíceis de reparar.
Ao contrário, elementos mais pequenos ajudam a manter os danos mais localizados mas são consideravelmente menos estáveis.
Em geral os elementos de menores dimensões são mais adequados para tratar de erosões localizadas e em obras de emergência.
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Durante o dimensionamento devem ser considerados os
seguintes mecanismos de falha:
Rotura do elemento devido a tensão/pressão excessiva durante o enchimento
Insuficiente resistência das costuras
Instabilidade (rolamento) do elemento durante o enchimento
Instabilidade devida à ondulação e/ou correntes
Perda de estabilidade aquando do empilhamento de outros elementos em camadas
Danificação durante a instalação
Movimento das areias no interior ou para fora do elemento – deformação excessiva
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Durante o dimensionamento devem ser considerados os
seguintes mecanismos de falha:
Perda do material retido (material do subsolo ou do tardoz)
Rotura e deformação da fundação
Degradação do geotêxtil (fluência, radiação UV, abrasão, etc.)
Ocorrências acidentais ou vandalismo
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Dos exemplos de aplicação de geossistemas em sistemas
de proteção costeira é evidente que:
A manutenção e monitorização regular destes sistemas –
especialmente quando expostos – é necessária (p.e. para manter eventuais roturas localizadas). Esperar outra coisa pode resultar em falha.
Exceto em projetos muito pequenos, a instalação precisa de um
empreiteiro experiente e/ou grande supervisão, a fim de garantir uma instalação de boa qualidade. Negligência na escolha dos materiais e/ou preparação do local e posicionamento pode levar ao rasgamento do geotêxtil e a assentamentos diferenciais, eventualmente causando colapso por deflexão excessiva e rolamento/deslocamentos dos
elementos individuais.
As costuras e sobreposições são sempre pontos mais frágeis e, por
