Soluções alternativas para o prolongamento de quebramare de taludes : caso de estudo : Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz

Texto

(1)Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes Caso de estudo: Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz. NUNO FILIPE RIBEIRO CORREIA. Relatório de Projecto submetido para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM HIDRÁULICA. Orientador: Professor Doutor Fernando F. M. Veloso Gomes. FEVEREIRO 2009.

(2) MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2007/2008 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446 . miec@fe.up.pt. Editado por. FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440 . feup@fe.up.pt. . http://www.fe.up.pt. Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2008/2009 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.. Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo respectivo Autor..

(3)

(4)

(5) Aos meus Pais.

(6)

(7) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. AGRADECIMENTOS Este trabalho contou com a colaboração de algumas pessoas e entidades, às quais queria expressar os meus agradecimentos, em especial:. . Ao Professor Fernando Veloso Gomes, como orientador deste trabalho, pela sua disponibilidade ilimitada e por todo o apoio prestado relativamente ao esclarecimento de dúvidas e à concretização deste estudo;. . Ao Eng. Jorge Oliveira e ao Eng. Luis Ferreira da empresa CPTP – Companhia Portuguesa de Trabalhos Portuários, s.a. por toda a simpatia e disponibilidade que sempre demonstraram no apoio à recolha de dados fundamentais para a realização deste trabalho e esclarecimento de dúvidas da prática corrente da execução de obras de prolongamento de quebramares de taludes;. . Ao Eng. Manuel Sousa Ribeiro pela ajuda no início deste projecto na definição do mesmo;. . Aos meus pais, irmãs e amigos pelo apoio e incentivo para a concretização deste trabalho.. .. i.

(8)

(9) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. RESUMO. O trabalho realizado foi proposto no âmbito da unidade curricular Projecto / Investigação da Opção Condicionada de Hidráulica do 5º Ano do Mestrado Integrado em Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, no ano lectivo 2008/09, e refere-se ao estudo de soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes.. Numa fase inicial, efectuou-se uma recolha e análise de elementos referentes a quebramares já construídos. Os dados recolhidos foram agrupados em fichas individuais para cada quebramar. Cada ficha contém informação sobre o perfil tipo, cotas de coroamento e de fundo, amplitude de maré, onda e período de projecto, constituição do quebramar bem como o ano de concepção. Esta recolha serviu de apoio ao pré-dimensionamento das soluções do caso de estudo.. Numa segunda fase, foram descritas alternativas para a construção de quebramares de taludes. Foram considerados os quebramares de taludes convencionais, com várias alternativas para blocos constituintes do manto resistente nomeadamente: enrocamento, blocos cúbicos Antifer, Tetrápodes, blocos Accropode II, blocos Core-Loc e blocos Xbloc. Foram também apontadas alternativas em quebramar destacado, quebramar em berma, quebramar composto por um quebramar submerso associado a um quebramar de taludes e quebramar misto.. Posteriormente, foi estudado um caso actual, tendo-se procedido ao pré-dimensionamento de várias alternativas para o prolongamento do quebramar Norte do porto da Figueira da Foz. Esse estudo consistiu na geração de alternativas ao perfil transversal adoptado no projecto de execução da empreitada de prolongamento do quebramar Norte do porto da Figueira da Foz. Foram geradas alternativas relativamente aos blocos para o manto resistente anteriormente descritos, alternativa em quebramar em berma e alternativa em quebramar misto. Foram também apontadas alternativas à implantação (em planta).. Por último foi feita uma comparação económica das várias soluções de perfil transversal apresentadas. PALAVRAS-CHAVE: quebramares, dimensionamento, comparação de soluções, perfis tipo, porto da Figueira da Foz.. iii.

(10)

(11) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. ABSTRACT. This case study was proposed in the framework of the curricular unit Project / Research of the optional course on Hydraulics of the 5th Year of the Integrated Master in Civil Engineering of the School of Engineering of the University of Porto in the 2008/09 academic year. It consists of the examination of alternative solutions for the extension of rubble mound breakwaters.. The initial phase focused on the collection and analysis of data relating to diverse existent breakwaters. The data collected were organized in individual files for each breakwater. Each file contains information on the cross section, crown and bottom level, tide range, design wave and period, constitution of the several layers of the breakwater as well as the year of construction. The pre-design of the solutions put forward in the case study rested upon this database.. In a second phase, alternatives for the construction of rubble mound breakwaters were described. Several alternatives for the constituent blocks of the armor layer in conventional rubble mound breakwaters were considered: rock, cubic blocks Antifer, Tetrapods, Accropode II, Cole-Loc and Xbloc blocks. Possible alternatives in the case of detached breakwaters, berm breakwaters, tandem breakwaters and vertical composite breakwaters were also pointed out.. Subsequently, a present-day case was singled out for analysis and a pre-design of several alternatives for the extension of the Figueira da Foz harbor North breakwater was offered. The aim of this section of the case study was the generation of alternatives to the cross section adopted in the execution project of the extension of the Figueira da Foz harbor North breakwater. Alternatives were generated with regard to the previously described blocks for the armor layer, along with alternative solutions resorting to a berm breakwater and a vertical composite breakwater. Alternatives to the longitudinal profile were also described.. Finally, a comparison in economic terms of the several cross sections solutions presented was carried out.. KEYWORDS: breakwaters, design, solution comparison, cross-section, Figueira da Foz harbor.. v.

(12)

(13) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. ÍNDICE. AGRADECIMENTOS .......................................................................................................................................... I RESUMO ........................................................................................................................................................ III ABSTRACT ...................................................................................................................................................... V 1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 1. 2. QUEBRAMAR DE TALUDES (RUBBLE MOUND BREAKWATER) .................................................................. 3 2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................. 3 2.2 CLASSIFICAÇÃO ........................................................................................................................................... 4 2.3 TIPO DE DISSIPAÇÃO .................................................................................................................................... 5 2.4 MODELO DE CÁLCULO .................................................................................................................................. 5 2.4.1 Manto constituído por duas camadas de enrocamento .................................................................... 6 2.4.2 Dimensionamento de quebramares galgáveis .................................................................................. 9 2.4.3 Manto constituído por duas camadas de cubos de betão ............................................................... 10 2.4.4 Manto constituído por duas camadas de Tetrápodes ..................................................................... 11 2.4.5 Manto constituído por uma camada blocos ACCROPODE™ II ......................................................... 13 2.4.6 Manto constituído por uma camada de blocos CORE-LOC .............................................................. 14 2.4.7 Manto constituído por uma camada de blocos XBLOC .................................................................... 16 2.5 ESTABILIDADE DO PÉ DE TALUDE ................................................................................................................... 17 2.6 DIMENSIONAMENTO DA SECÇÃO TRANSVERSAL DA ESTRUTURA .......................................................................... 18 2.6.1 Cota e Largura de coroamento ........................................................................................................ 20 2.6.2 Espessura do manto resistente e das subcamadas.......................................................................... 22 2.6.3 Cota de base do manto .................................................................................................................... 23 2.6.4 Filtros ............................................................................................................................................... 23 2.7 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 23 2.8 FASEAMENTO CONSTRUTIVO ....................................................................................................................... 25 2.9 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL ................................................................................... 27 2.10 APLICAÇÕES DESTE TIPO QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL .......................................................................... 27 2.11 POTENCIAIS PONTOS FORTES ....................................................................................................................... 28 2.12 POTENCIAIS PONTOS FRACOS ....................................................................................................................... 28. 3. QUEBRAMAR DESTACADO (DETACHED OR OFFSHORE BREAKWATER) .................................................. 29 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9. PERFIL TIPO.............................................................................................................................................. 29 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 30 TIPO DE DISSIPAÇÃO .................................................................................................................................. 30 MODELO DE CÁLCULO ................................................................................................................................ 30 TIPOS DE MANTO RESISTENTE ...................................................................................................................... 30 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 31 APLICAÇÕES DO TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL ....................................................................................... 31 APLICAÇÕES DO TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL .......................................................................... 31 POTENCIAIS PONTOS FORTES ....................................................................................................................... 31. vii.

(14) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 3.10 4. POTENCIAIS PONTOS FRACOS ....................................................................................................................... 32. QUEBRAMAR EM BERMA (BERM BREAKWATER) .................................................................................. 33 4.1 PERFIL TIPO.............................................................................................................................................. 33 4.2 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 34 4.3 TIPO DE DISSIPAÇÃO .................................................................................................................................. 36 4.4 MODELO DE CÁLCULO ................................................................................................................................ 37 4.4.1 Reperfilamento de quebramares em berma para ondas com incidência normal............................ 39 4.4.2 Transporte longitudinal para ondas oblíquas .................................................................................. 40 4.4.3 Estabilidade do talude de sotamar .................................................................................................. 41 4.4.4 Estabilidade da cabeça do quebramar ............................................................................................ 41 4.4.5 Protecção em relação às correntes marítimas ................................................................................ 42 4.5 TIPOS DE MANTO RESISTENTE ...................................................................................................................... 43 4.6 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 43 4.7 MÉTODOS CONSTRUTIVOS .......................................................................................................................... 43 4.8 EXPERIÊNCIA EM QUEBRAMARES EM BERMA ................................................................................................... 44 4.9 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL ................................................................................... 45 4.10 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL ...................................................................... 45 4.11 POTENCIAIS PONTOS FORTES ....................................................................................................................... 45 4.12 POTENCIAIS PONTOS FRACOS ....................................................................................................................... 46. 5. QUEBRAMAR DE TALUDES COM QUEBRAMAR SUBMERSO (TANDEM BREAKWATER) ........................... 47 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10. 6. PERFIL TIPO.............................................................................................................................................. 47 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 47 TIPO DE DISSIPAÇÃO .................................................................................................................................. 49 MODELO DE CÁLCULO ................................................................................................................................ 49 TIPOS DE MANTO RESISTENTE ...................................................................................................................... 49 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 49 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL ................................................................................... 49 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL ...................................................................... 50 POTENCIAIS PONTOS FORTES ....................................................................................................................... 50 POTENCIAIS PONTOS FRACOS ....................................................................................................................... 50. QUEBRAMAR VERTICAL OU MISTO (VERTICAL OR COMPOSITE BREAKWATER) ..................................... 51 6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 51 6.2 PERFIL TIPO.............................................................................................................................................. 51 6.3 TIPO DE DISSIPAÇÃO .................................................................................................................................. 52 6.4 MODELO DE CÁLCULO ................................................................................................................................ 52 6.4.1 Ondulação........................................................................................................................................ 52 6.4.2 Cálculo de forças e momentos ......................................................................................................... 57 6.4.3 Verificação da estabilidade da estrutura ......................................................................................... 59 6.4.4 Dimensionamento do manto protector do quebramar de taludes de fundação como protecção contra as correntes ....................................................................................................................................... 60 6.5 TIPOS DE MANTO RESISTENTE ...................................................................................................................... 60 6.6 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 61 6.7 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL ................................................................................... 62 6.8 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL ...................................................................... 62 6.9 POTENCIAIS PONTOS FORTES ....................................................................................................................... 63. viii.

(15) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 6.10 7. POTENCIAIS PONTOS FRACOS ....................................................................................................................... 63. CASO DE ESTUDO: PROLONGAMENTO DO QUEBRAMAR (MOLHE) NORTE DO PORTO DA FIGUEIRA DA FOZ ....................................................................................................................................................... 65 7.1 LOCALIZAÇÃO ........................................................................................................................................... 65 7.2 DADOS DE PROJECTO ................................................................................................................................. 66 7.2.1 Estimativa da tempestade de projecto ............................................................................................ 66 7.3 ALTERNATIVAS À IMPLANTAÇÃO E AO PERFIL LONGITUDINAL .............................................................................. 68 7.3.1 Dimensionamento do canal de navegação ...................................................................................... 69 7.3.2 Hipótese alternativa. Solução 0 ....................................................................................................... 71 7.3.3 Hipótese alternativa. Solução 1 ....................................................................................................... 72 7.3.4 Hipótese alternativa. Solução 2 ....................................................................................................... 73 7.3.5 Hipótese alternativa. Solução 3 ....................................................................................................... 75 7.4 PRÉ-DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO .......................................................................................................... 76 7.4.1 Quebramar de taludes ..................................................................................................................... 76 7.4.2 Manto resistente constituído por uma só camada de blocos de betão ........................................... 85 7.4.3 Intradorso ........................................................................................................................................ 90 7.4.4 Comparação entre as várias alternativas de quebramares de taludes ........................................... 90 7.4.5 Dimensionamento de um quebramar misto .................................................................................... 91 7.4.6 Quebramar em berma tipo-S ........................................................................................................... 95 7.4.7 Quebramar em berma tipo Islandês ................................................................................................ 99. 8. COMPARAÇÃO ECONÓMICA DAS SOLUÇÕES ...................................................................................... 101. 9. SÍNTESE E CONCLUSÕES ...................................................................................................................... 109. 10. BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................................... 111. 11. ANEXOS .............................................................................................................................................. 115. ix.

(16)

(17) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. ÍNDICE DE FIGURAS. Figura 1: “Partes constituintes do perfil corrente de um quebramar de taludes” (Taveira Pinto, 2000) ...................................................................................................................................... 4 Figura 2: Quebramar de taludes sem superestrutura (Taveira Pinto, 2000) ............................................. 4 Figura 3: Quebramar de taludes com superestrutura (Taveira Pinto, 2000)............................................. 5 Figura 4: Factor de permeabilidade, P proposto por van der Meer (1998) (Coastal Engineering Manual, 2006) ........................................................................................................................ 8 Figura 5: Características geométricas dos blocos cúbicos Antifer (Pita, 1985) ..................................... 10 Figura 6: Características geométricas dos Tetrápodes (Shore Protection Manual, 1975) ...................... 11 Figura 7: Bloco tipo Accropode II (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004)...................................... 13 Figura 8: Bloco tipo Core-Loc (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004) ........................................... 14 Figura 9: Bloco tipo Xbloc (Delta Marine Consultants, 2007) .............................................................. 16 Figura 10: Soluções típicas para a risberma em quebramares de taludes (Coastal Engineering Manual, 2006) ...................................................................................................................... 17 Figura 11: Secção tipo recomendada para estruturas galgáveis (Coastal Engineering Manual, 2006) .................................................................................................................................... 19 Figura 12: Secção tipo recomendada para estruturas não galgáveis (Shore Protection Manual, 1975) .................................................................................................................................... 19 Figura 13: Largura de coroamento dependente do equipamento (citado por Taveira Pinto, 2000) ....... 22 Figura 14: Modos de ruptura de um quebramar de taludes (Burcharth, 1992) ...................................... 23 Figura 15: Perfil transversal (Veloso Gomes, 1986) .............................................................................. 26 Figura 16: Construção de um quebramar de taludes (frentes de trabalho 1 a 3) (Veloso Gomes, 1986) .................................................................................................................................... 26 Figura 17: Construção de um quebramar de taludes (frentes de trabalho 4 a 8) (Veloso Gomes, 1986) .................................................................................................................................... 27 Figura 18: Quebramar destacado emerso (Liberatore, 1992) ................................................................. 29 Figura 19: Quebramar destacado submerso (Liberatore, 1992) ............................................................. 29 Figura 20: Quebramar com berma estável (van der Meer, 1994)........................................................... 33 Figura 21: Quebramar em berma tipo-S (van der Meer, 1994) .............................................................. 33 Figura 22: Quebramar em berma tipo Islandês (Sigurdarson, van der Meer, Burcharth, & Sørensen, 2007) .................................................................................................................... 33 Figura 23: Quebramar de Arzew el Djedid - secção transversal inicial (Veloso Gomes, 1986) ............ 35 Figura 24: Quebramar de Arzew el Djedid - primeiros danos (Veloso Gomes, 1986) .......................... 35 Figura 25: Quebramar de Arzew el Djedid - secção totalmente destruída (Veloso Gomes, 1986)........ 35 Figura 26: Efeito de várias alturas de onda num quebramar em berma (van der Meer, 1994) .............. 36 Figura 27: Extensão da recessão da berma (PIANC, 2003) ................................................................... 39 Figura 28: Definição do parâmetro Rc (PIANC, 2003) ......................................................................... 41 Figura 29: Características da risberma (PIANC, 2003) ......................................................................... 42 Figura 30: Quebramar de taludes com quebramar submerso no porto de Leixões (Veloso Gomes et al. 2006) ............................................................................................................................ 47 Figura 31: Evolução de quebramar de taludes para quebramar de taludes com quebramar submerso .............................................................................................................................. 48 Figura 32: Quebramar misto - perfil tipo (Taveira Pinto, 2000) ............................................................ 51 Figura 33: Tipo de rebentação (Coastal Engineering Manual, 2006) .................................................... 53 Figura 34: Descrição dos parâmetros de cálculo (Coastal Engineering Manual, 2006)......................... 54. xi.

(18) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Figura 35: Parâmetros de cálculo para um quebramar misto com paramento protector (Coastal Engineering Manual, 2006) .................................................................................................. 57 Figura 36: Forças actuantes no caixão (Coastal Engineering Manual, 2006) ........................................ 59 Figura 37: Quebramar misto: modos de ruptura (Castillo et al., 2006) .................................................. 61 Figura 38: Embocadura do rio Mondego (CPTP) .................................................................................. 65 Figura 39: Variação do peso dos blocos cúbicos Antifer em função do número de ondas .................... 67 Figura 40: Variação de KD em função do número de ondas .................................................................. 68 Figura 41: Configuração dos quebramares ou molhes da barra da Figueira da Foz antes da obra de prolongamento (Empreitada de Prolongamento do Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz- Vol. III - Projecto de Execução, 2006) ..................................................... 71 Figura 42: Alternativa 1 ......................................................................................................................... 72 Figura 43: Alternativa 2 ......................................................................................................................... 73 Figura 44: Alternativa 3 ......................................................................................................................... 75 Figura 45: Processo de fabrico dos blocos cúbicos Antifer (Eng. Luis Ferreira, 27-11-2008) .............. 78 Figura 46: Pórtico para movimentação dos blocos (Eng. Luis Ferreira, 12-11-2008) ........................... 79 Figura 47: Armazenamento dos blocos cúbicos Antifer (Eng. Luis Ferreira, 27-11-2008) ................... 79 Figura 48: Secção transversal adoptada na empreitada do prolongamento do quebramar Norte do porto da Figueira da Foz....................................................................................................... 81 Figura 49: Secção transversal variante com blocos Tetrápodes ............................................................. 84 Figura 50: Secção transversal variante com blocos Accropode II ......................................................... 87 Figura 51: Secção transversal variante com blocos Core-Loc ............................................................... 88 Figura 52: Secção transversal variante com blocos Xbloc ..................................................................... 89 Figura 53: Secção transversal variante em quebramar misto ................................................................. 94 Figura 54: Secção transversal variante em quebramar em berma tipo S ................................................ 97 Figura 55: Comparação económica das várias soluções alternativas (correspondendo a diferentes níveis de estabilidade com diferentes consequências a nível de manutenção). .................. 103 Figura 56: Comparação dos vários cenários com variações de 10% dos preços iniciais ..................... 106 Figura 57: Comparação dos vários cenários com variações de 20% dos preços iniciais ..................... 108. xii.

(19) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. ÍNDICE DE QUADROS. Quadro 1: Coeficiente KD da fórmula de Hudson (Shore Protection Manual, 1977)............................... 7 Quadro 2: Coeficiente KD da fórmula de Hudson (Shore Protection Manual, 1984) ............................... 7 Quadro 3: valores do parâmetro S recomendáveis, para mantos resistentes constituídos por duas camadas de enrocamento, propostos por van der Meer (1998) (Coastal Engineering Manual, 2006) ...................................................................................................................... 9 Quadro 4: Valores de Ns e KD para cubos de betão (Coastal Engineering Manual, 2006) .................... 11 Quadro 5: Valores de KD para Tetrápodes (Shore Protection Manual, 1977) ........................................ 12 Quadro 6: Descrição das camadas do quebramar (Coastal Engineering Manual, 2006) ....................... 19 Quadro 7: Valores de K∆ e P (Coastal Engineering Manual, 2006) ....................................................... 21 Quadro 8: Exemplos de acidentes em quebramares de taludes (Pita, 1985) .......................................... 25 Quadro 9: Experiência em quebramares em berma (PIANC, 2003) ...................................................... 44 Quadro 10: Valores médios dos factores de correcção dos erros sistemáticos e de incerteza (Coastal Engineering Manual, 2006) ................................................................................. 58 Quadro 11: Características do quebramar com manto resistente em enrocamento ................................ 77 Quadro 12: Características do quebramar com manto resistente em blocos cúbicos do tipo Antifer .... 80 Quadro 13: Características do quebramar com manto resistente em Tetrápodes ................................... 82 Quadro 14: Características das camadas e respectivos blocos ............................................................... 86 Quadro 15: Comparação entre quebramares de taludes ......................................................................... 90 Quadro 16: Pressões sobre o paramento vertical.................................................................................... 92 Quadro 17: Valores de cálculo das forças e momentos.......................................................................... 92 Quadro 18: Cálculo do maciço de fundação .......................................................................................... 93 Quadro 19: Valores de cálculo para o quebramar em berma ................................................................. 95 Quadro 20: Comparação dos preços das várias alternativas ................................................................ 102 Quadro 21: Comparação das várias soluções ....................................................................................... 103 Quadro 22: Comparação dos vários cenários com variações de 10% dos preços iniciais.................... 105 Quadro 23: Comparação dos vários cenários com variações de 20% dos preços iniciais.................... 107. xiii.

(20)

(21) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. SÍMBOLOS E ABREVIATURAS B Bm C Ck d d’ D Dn15 Dn50 Dn85 fd fg fi g H 1/10 . h’ h’c H0T0 2% hb hc. Hd hf 1/50 . 1/3 Hs = ht hw k KD K∆ L L0 Hmax. b Lff N n. largura do coroamento do quebramar largura da berma do quebramar consumo de betão (m3/m2) definida como Hk/Hs = 1.55 para águas profundas quando as alturas de onda são caracterizadas pela distribuição de Rayleigh profundidade de água em frente ao pé do talude profundidade de coroamento da berma calado do navio 15% de enrocamento tem um diâmetro inferior a D15 diâmetro nominal 85% de enrocamento tem um diâmetro inferior a D85 factor de profundidade factor de gradação (fg = Dn85/Dn15) factor de redução da fórmula de van der Meer (estruturas galgáveis) aceleração da gravidade altura do bloco média do décimo superior das alturas de onda mais altas profundidade de fundação do caixotão altura da estrutura acima do nível do leito marinho número de estabilidade dinâmico média do segundo superior das alturas de onda mais altas profundidade de água a uma distância de 5Hs a barlamar do quebramar distância entre o nível da água do mar de dimensionamento e a cota máxima do tardoz do caixão altura de onda de projecto profundidade em que o talude reperfilado intersecta o talude original altura de onda característica, definida a partir da média da 1/50 ondas mais altas altura de onda máxima altura de onda significativa profundidade da risberma altura do caixão número de onda = 2π/L coeficiente empírico de estabilidade da fórmula de Hudson coeficiente de forma dos blocos comprimento de onda no pé do quebramar comprimento de onda em grandes profundidades (gT2/2π) largura do navio (boca) comprimento do navio fora-a-fora número de unidades/100m2 de talude número de blocos xv.

(22) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Na Nod Ns Ns * Ns. **. número de unidades individuais do manto resistente por unidade de área, A nível de danos número de estabilidade número de estabilidade espectral número de estabilidade modificado. NZ P Po r Rcanal Rc Rec S sm sm0. número de ondas permeabilidade do manto porosidade do manto espessura média da camada raio do canal de navegação altura de água acima do coroamento da estrutura, negativa se a estrutura for submersa recessão da berma nível de estragos declividade de onda (Hs/L0). smk sop sp T Tm Tz UFH. declividade característica da onda declividade da onda em grandes profundidades para o período de pico declividade da onda para o período de pico período de onda período de onda médio período dos zeros ascendentes. = 2πHs/(gTz2). factor de correcção de erros sistemáticos e de erros de incerteza relacionados com a força horizontal. UFU. factor de correcção de erros sistemáticos e de erros de incerteza relacionados com a força vertical. UMH. factor de correcção de erros sistemáticos e de erros de incerteza relacionados com o momento das forças horizontais. UMU. factor de correcção de erros sistemáticos e de erros de incerteza relacionados com o momento das forças verticais volume do bloco peso de um bloco do manto resistente largura mínima do rasto do canal folga até à margem verde (estibordo de entrada) largura básica da faixa de navegação folga até à margem vermelha (bombordo de entrada) larguras adicionais para levar em conta a velocidade do navio, o efeito adverso de ventos, correntes e ondas, a qualidade das ajudas à navegação, a profundidade e o tipo de fundo e o tipo de carga transportada ângulo de incidência das ondas no talude em relação à sua normal. V W w wBg wBM wBr Σ wi β ρc ρs ρw. xvi. massa volúmica do material constituinte da estrutura massa volúmica do betão massa volúmica da água.

(23) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. γ γa ∆ η θ ξm. peso volúmico do material do bloco peso volúmico do enrocamento densidade relativa (ρs/ρw-1) ângulo de atrito caixão/fundação ângulo que o talude faz com a horizontal. ξmc. número de Iribarren crítico. BMAV FS NMAM PMAV T.O.T.. baixa-mar de águas vivas factor de segurança nível médio da água do mar preia-mar de águas vivas Enrocamento de todo-o-tamanho. número de Iribarren (tan θ/sm1/2). xvii.

(24)

(25) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 1 1 INTRODUÇÃO. A engenharia costeira desenvolveu-se desde muito cedo na história da civilização humana, em conjunto com o aparecimento do tráfego marítimo que sempre foi um factor chave no desenvolvimento da economia e da política das nações. De facto, as atenções deste ramo da engenharia estavam principalmente voltadas para as estruturas portuárias e de protecção de alguns locais onde o modo de vida estava dependente da linha de costa. Os desenvolvimentos nos tempos ancestrais estavam relacionados com a cultura dos diferentes povos dominantes que habitavam, principalmente, na bacia oriental e na bacia central do mar Mediterrâneo: Egípcios, Minóicos, Fenícios, Cartagineses, Gregos, Etruscos e Romanos. Após a era romana quase não houve evolução até aos tempos Napoleónicos. Na presente era, o aumento dos requisitos operacionais dos portos, o aumento da dimensão, tanto em calado como em tara e em largura, dos navios e da sua capacidade de transporte bem como as alterações climáticas levam a que haja uma necessidade do prolongamento dos quebramares existentes e da execução de raiz de novos quebramares. “Um quebramar é, na sua concepção mais geral, qualquer obstáculo à propagação normal de ondas de gravidade geradas pelo vento sobre uma superfície de água” (Vera Cruz, 1969). “Aos quebramares cuja existência se deve a condições naturais é atribuída a designação quebramares naturais. Se, pelo contrário, são resultado da acção do homem, chamam-se quebramares artificiais. Tradicionalmente os quebramares eram constituídos por enrocamentos lançados de modo a criar um aglomerado de secção transversal trapezoidal, cujos lados tinham as inclinações do talude natural dos enrocamentos empregados” (Taveira Pinto, 2000). A este tipo de quebramar é dado o nome de quebramar de taludes. O presente trabalho visa o estudo de soluções alternativas ao prolongamento de quebramares de taludes. Foi elaborada uma base de dados com a informação disponível de 66 quebramares que servirão de referência para alternativas possíveis. Foi feita uma análise das secções transversais de quebramares de taludes convencionais com diversos tipos de mantos resistentes, quebramares composto por quebramar de taludes com quebramar submerso, quebramar misto e quebramar em berma.. 1.

(26) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. No caso de estudo, que consiste no estudo de soluções alternativas para o prolongamento do quebramar Norte do porto da Figueira da Foz, serão geradas alternativas à implantação do quebramar bem como alternativas ao perfil transversal definido no projecto de execução da empreitada de prolongamento do quebramar Norte do porto da Figueira da Foz. Finalmente, as alternativas geradas, relativas à secção transversal do quebramar, serão comparadas com base no preço inicial dos materiais.. 2.

(27) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 2 2 QUEBRAMAR DE TALUDES (RUBBLE MOUND BREAKWATER). 2.1. INTRODUÇÃO. O quebramar de taludes simples é provavelmente o mais antigo tipo de quebramares, tendo sido usado para protecção de portos artificiais pelo menos desde o tempo dos romanos. São estruturas marítimas maciças, de perfil transversal rectangular, trapezoidal ou misto, destinadas a proporcionar “abrigo em relação à agitação” no interior de uma área portuária ou num canal de acesso. Em alguns casos proporcionam também condições de acostagem e amarração a navios, através de estruturas associadas ao talude ou ao paramento abrigado (interior). Uma estrutura de quebramar de taludes é normalmente constituída por (Figura 1): • • • • • • • • • •. Talude anterior Manto resistente Filtros ou mantos intermédios Núcleo Risberma Coroamento Berma Superestrutura Muro-Cortina Talude posterior. 3.

(28) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Figura 1: “Partes constituintes do perfil corrente de um quebramar de taludes” (Taveira Pinto, 2000). 2.2. CLASSIFICAÇÃO. A construção de uma superestrutura poderá possibilitar a diminuição da ocorrência de galgamentos da agitação, particularmente se for dotada de um muro-cortina. A superestrutura pode ser usada para operações de carga e descarga de navios, movimentação de viaturas, operações de manutenção/reparação, deposição de mercadorias e inserção de redes de energia e de abastecimento de água.. Os quebramares de taludes podem ser classificados em duas categorias:. Quebramar sem superestrutura:. Figura 2: Quebramar de taludes sem superestrutura (Taveira Pinto, 2000). 4.

(29) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Quebramar com superestrutura:. Figura 3: Quebramar de taludes com superestrutura (Taveira Pinto, 2000). 2.3. TIPO DE DISSIPAÇÃO. A dissipação de energia num quebramar de taludes ocorre por rebentação da agitação no talude, por atrito, pela formação de uma emulsão ar-água, pela percolação no seu interior e pela reflexão para o largo da restante energia. A porosidade do manto resistente e a permeabilidade do quebramar são factores que influenciam em grande medida a dissipação de energia no quebramar.. 2.4. MODELO DE CÁLCULO. Estas estruturas costeiras podem ser dimensionadas utilizando diversos métodos que incluem, basicamente, o cálculo do peso dos blocos do manto resistente. Este peso terá de ser capaz de resistir às diferentes solicitações na estrutura. Existem vários factores que influenciam as solicitações. No entanto, no dimensionamento das várias alternativas para quebramares de taludes, o parâmetro fundamental será a altura de onda de projecto. A agitação pode ser considerada como regular ou irregular. A primeira pressupõe que a agitação incidente é constituída por ondas idênticas entre si (regulares) sendo esta a mais simples abordagem da agitação. A segunda procura descrever as “reais” características aleatórias tridimensionais da agitação, considerando a superfície livre como um conjunto de ondas de características aleatórias. A análise considerando a agitação irregular, embora seja mais realista, aumenta a complexidade do processo e só é possível realizar se existirem dados com qualidade e em quantidade suficientes. As expressões existentes para o dimensionamento quanto à estabilidade hidráulica de mantos resistentes são quase exclusivamente baseadas em ensaios de modelo reduzido. É importante conhecer as condições de ensaio em que se baseiam essas formulações. Neste estudo serão também equacionadas alternativas para os blocos do manto protector de um quebramar de taludes. Serão abordados os seguintes tipos de blocos para o manto resistente:. 5.

(30) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. • • • • • •. Enrocamento; Cubos Antifer; Tetrápodes; Accropod II; Core-Loc; Xbloc.. Estes seis tipos de blocos utilizados nos mantos resistentes, a par dos dolos, são os mais utilizados na construção de quebramar de taludes. Após vários acidentes em quebramares com o manto resistente constituído por dolos, nomeadamente o do quebramar Oeste do porto de Sines, o uso destes blocos de betão caiu em desuso. Actualmente, nomeadamente em alguns casos no Japão, como por exemplo no quebramar destacado Sul do porto de Hososhima, estes blocos estão novamente a ser usados reforçando os dolos com uma estrutura interna com armaduras metálicas. A nível internacional continua a sentir-se uma falta de confiança estrutural nestes blocos e por isso não vão ser alvo de estudo no presente trabalho.. 2.4.1 2.4.1.1. MANTO CONSTITUÍDO POR DUAS CAMADAS DE ENROCAMENTO Dimensionamento pela fórmula de Hudson. Hudson propõe a seguinte expressão para o cálculo do peso dos blocos do manto resistente (Coastal Engineering Manual, 2006): .

(31) . cot ⁄ ou . . "# $%& ' !. (1). A expressão apresentada difere da proposta pelo Coastal Engineering Manual (2006) na altura de onda 1/10. indicada, sendo que no Coastal Engineering Manual (2006) o valor de Hd está substituído por . O Shore Protection Manual (1977) propõe que o cálculo do peso dos blocos do manto resistente seja feita com base na altura de onda significativa, Hs. Considera, ainda, que na zona de rebentação as ondas são limitadas pela profundidade, ou seja, que a rebentação da agitação ocorre antes desta atingir o talude e que fora da zona de rebentação a agitação rebenta no talude.. 6.

(32) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Quadro 1: Coeficiente KD da fórmula de Hudson (Shore Protection Manual, 1977). Perfil Tipo de blocos Liso e arredondado Superfície áspera e irregular Superfície áspera e irregular. Talude. Zona de rebentação. Fora da zona de rebentação. Aleatória. 2.1. 2.4. 1.5 a 3.0. Aleatória. 3.5. 4.0. 1.5 a 3.0. Especial (*). 4.8. 5.5. 1.5 a 3.0. Colocação. Cotg θ. (*) A colocação especial do enrocamento implica a colocação do eixo mais longo do enrocamento posicionado perpendicularmente ao talude. Na edição de 1984 o Shore Protection Manual adopta valores diferentes para o coeficiente KD, para mantos resistentes constituídos por blocos de enrocamento. Nesta edição é proposto que o cálculo do peso dos blocos do manto resistente não seja efectuado com base na altura de onda significativa, Hs, mas sim na altura de onda correspondente à média do décimo superior das alturas de onda mais altas, 1/10. .. Quadro 2: Coeficiente KD da fórmula de Hudson (Shore Protection Manual, 1984). Perfil Tipo de blocos Liso e arredondado Superfície áspera e irregular Superfície áspera e irregular. Talude. Zona de rebentação. Fora da zona de rebentação. Aleatória. 1.2. 2.4. 1.5 a 3.0. Aleatória. 2.0. 4.0. 1.5 a 3.0. Especial. 5.0. 7.0. 1.5 a 3.0. Colocação. Cotg θ. 1/10 = 1.275Hs para alturas de onda que se caracterizam por uma distribuição de Considerando que Rayleigh, ou seja, ondas não limitadas pela profundidade, pode constatar-se que as recomendações contidas na edição de 1984 do Shore Protection Manual introduzem um factor de segurança considerável comparativamente com a edição de 1977 do mesmo manual.. Melby e Mlaker (1997) sugerem a majoração do peso dos blocos calculado pela fórmula de Hudson em 25% (Coastal Engineering Manual, 2006). Na análise feita aos quebramares construídos, o tamanho médio máximo encontrados para blocos de enrocamento constituintes do manto resistente é de 27.5t. O quebramar em causa é o quebramar do porto de Sirevåg, na Noruega.. 7.

(33) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 2.4.1.2. Dimensionamento do manto resistente pela fórmula de van der Meer. Para rebentação do tipo mergulhante () * ()+ , que é a mais gravosa para a estabilidade do manto, a expressão para o cálculo deste é a seguinte (Coastal Engineering Manual, 2006): ,-. . 6.20.1 2. 3. 456. .8. 7. ". (). (2). onde: Ns. número de estabilidade,. ξm. número de Iribarren (tan θ/Sm1/2),. sm. declividade de onda (Hs/L0),. L0. comprimento de onda em grandes profundidades (gT2/2π),. S. nível de estragos,. NZ. número de ondas.. A Figura 4 mostra a variação do factor de permeabilidade, P.. Figura 4: Factor de permeabilidade, P proposto por van der Meer (1998) (Coastal Engineering Manual, 2006). 8.

(34) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. O Quadro 3 apresenta os valores recomendáveis para o nível de danos a admitir em projecto, para mantos resistentes constituídos por duas camadas de enrocamento.. Quadro 3: valores do parâmetro S recomendáveis, para mantos resistentes constituídos por duas camadas de enrocamento, propostos por van der Meer (1998) (Coastal Engineering Manual, 2006). Inclinação do talude. Estragos iniciais. Estragos intermédios. Ruína. 1 / 1.5 1/2 1/3 1/4 – 1/6. 2 2 2 3. 3–5 4–6 6–9 8 – 12. 8 8 12 17. O número de ondas, Nz, depende da tempestade de projecto considerada. Como tal a análise de sensibilidade deste parâmetro será efectuado no caso de estudo.. 2.4.2. DIMENSIONAMENTO DE QUEBRAMARES GALGÁVEIS. Van der Meer (1991) recomenda, para o uso da fórmula de van der Meer para quebramares não galgáveis ser usada no dimensionamento de estruturas galgáveis, a multiplicação de Dn50 por um factor redutivo fi (Coastal Engineering Manual, 2006): 9: 21.25 = 4.8. " @A -C 7 B 8D. (3). onde: Rc. altura de água acima do coroamento da estrutura, negativa se a estrutura for submersa,. sm. declividade de onda.. Esta expressão é válida para: 0*. F+ G) B * 0.052 - 2H. 9.

(35) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 2.4.3. MANTO CONSTITUÍDO POR DUAS CAMADAS DE CUBOS DE BETÃO. Figura 5: Características geométricas dos blocos cúbicos Antifer (Pita, 1985). Os blocos de betão são frequentemente usados no manto resistente de quebramares de taludes. Os blocos são colocados individualmente no quebramar numa trama regular ou quase regular. Foram adoptadas várias formas e tamanhos para os blocos em betão e são recomendados vários tipos de colocação. Os blocos de betão são utilizados quando o enrocamento disponível não tem peso para resistir à acção das ondas, não está disponível ou não é uma alternativa económica.. Van der Meer (1988b) propõe a seguinte expressão para o cálculo do manto resistente constituído por blocos de betão (Coastal Engineering Manual, 2006): ,-. onde:. . .M ⁄ . ".. I6.7 ,KL ,N O 1.0PG). (4). Ns. número de estabilidade,. sm. declividade de onda (Hs/L0),. L0. comprimento de onda em grandes profundidades (gT2/2π),. S. nível de estragos,. NZ. número de ondas.. Esta expressão é válida para ondas irregulares não limitadas pela profundidade e para 3 < ξm < 6. 10.

(36) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Brorsen, Burcharth e Larsen (1974) propõe os seguintes valores para Ns e os correspondentes valores para KD, sendo estes valores aplicáveis a mantos com duas camadas de cubos de betão com colocação aleatória, com taludes com 1.5 Q cot Q 2.0 e válidos para ondas irregulares não limitadas pela profundidade.. Quadro 4: Valores de Ns e KD para cubos de betão (Coastal Engineering Manual, 2006). RST 1.8-2.0 2.3-2.6. ,-. Nível de danos início moderados. KD Talude 1:1.5 3.9 - 5.3 8.1 - 12. Talude 1:2 2.9 – 4.0 6.1 – 8.8. Na análise feita aos quebramares construídos, o tamanho máximo encontrados para blocos cúbicos Antifer constituintes do manto resistente é de 150t. O quebramar em causa é o quebramar de Punta Langosteira situado em La Coruña, Espanha.. 2.4.4. MANTO CONSTITUÍDO POR DUAS CAMADAS DE TETRÁPODES. Figura 6: Características geométricas dos Tetrápodes (Shore Protection Manual, 1975). Para o pré-dimensionamento do manto resistente constituído por duas camadas de Tetrápodes, van der Meer propõe a seguinte expressão (Coastal Engineering Manual, 2006): ,-. . . ⁄ .8 ".8. I3.75 ,KL ,N O 0.85PG). (5). 11.

(37) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Esta expressão é válida para ondas irregulares não limitadas pela profundidade, taludes com cot θ=1.5 com duas camadas de tetrápodes e 3.5 < ξm < 6. D’Angremond, van der Meer e van Nes (1994) propõem a seguinte expressão para ondas limitadas pela profundidade (Coastal Engineering Manual, 2006): ,-. V% . . ⁄ .8 ".8. 1.4 I3.75 ,KL ,N O 0.85PG). (6). Em grandes profundidades verifica-se a relação H2%/Hs = 1.4 para ondas que sejam caracterizadas pela distribuição de Rayleigh. Em águas menos profundas esta relação diminui com a diminuição da profundidade relativa da água devido à rebentação da ondulação.. Para o uso da fórmula de Hudson, a edição de 1977 do Shore Protection Manual propõe os seguintes valores para KD: Quadro 5: Valores de KD para Tetrápodes (Shore Protection Manual, 1977). Zona de Rebentação 7.2. Perfil Fora da Zona de Rebentação 8.3. Zona de Rebentação 5.9 5.5 4.0. Cabeça Fora da Zona de Rebentação 6.6 6.1 4.4. Talude cot θ 3:2 2:1 3:1. Na análise feita aos quebramares construídos, o tamanho máximo encontrados para Tetrápodes é de 48t. O quebramar em causa é o quebramar do Porto d'Arzew El Djedid, situado na Argélia.. 12.

(38) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 2.4.5. MANTO CONSTITUÍDO POR UMA CAMADA BLOCOS ACCROPODE™ II. Figura 7: Bloco tipo Accropode II (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004). O bloco Accropode foi o primeiro bloco de betão projectado para ser colocado numa única camada, ou fiada, no manto resistente. Em 1999 foi patenteada uma evolução deste bloco designando-se por Accropode II. Nesta evolução foi melhorada a sua forma e rugosidade tendo sido evocadas as seguintes vantagens: • • • • •. melhoria do imbricamento, minimização dos deslocamentos e assentamentos, maximização da dissipação de energia, aumento da resistência estrutural, diminuição do espraiamento e, consecutivamente, diminuição do galgamento.. O peso dos blocos pode ser calculado pela fórmula de Hudson usando os seguintes valores para KD (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004): • •. perfil corrente: cabeça:. KD= 16 KD= 12.3. Estes valores de KD tão favoráveis poderão merecer reservas, sendo da responsabilidade dos seus proponentes associados à promoção comercial dos blocos.. 13.

(39) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. A dimensão nominal, Dn50, pode também ser dimensionada pela fórmula de van der Meer usando para o número de estabilidade, Ns, o valor de (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004): •. Ns=2.8. A altura do bloco, H (m), pode ser relacionada com o volume do bloco através da expressão: X/0.2926. [ ,. sendo V o volume de cálculo do bloco. Largura da camada, r (m): Consumo de betão (m3/m2): Nº de unidades/100m2:. 2.4.6. r = 0.9 H. \ 0.631 X .. , 63.13 X ".]1. MANTO CONSTITUÍDO POR UMA CAMADA DE BLOCOS CORE-LOC. Figura 8: Bloco tipo Core-Loc (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004). Este tipo de blocos de betão foram desenvolvidos no sentido de responder às questões que se seguem. Segundo os seus promotores, alegadamente nenhum dos anteriores blocos de betão desenvolvidos respondia às seguintes características:. 14.

(40) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. • • • • • • • • • •. Grande estabilidade hidráulica quando colocados numa única camada em qualquer ângulo do talude, Reserva de estabilidade para quando as alturas de onda que atingem a estrutura fossem maiores que a altura de onda de projecto, Não haver tendência para os blocos “escorregarem” no talude, Manutenção de estabilidade mesmo quando partidos ou deslocados por acção da instabilidade local, Combinação eficiente da porosidade e da rugosidade do talude para dissipar o máximo da energia da onda, Máxima “performance” com um mínimo de quantidade de betão, Pressões internas reduzidas, Fácil transporte, Uso mínimo de espaço de armazenamento em estaleiro, Utilização de materiais e técnicas construtivas correntes.. Os blocos Core-Loc foram projectados para serem colocados numa única camada em taludes mais ou menos inclinados. Os taludes podem variar de 3:4 até 1:1.5. A forma destes blocos foi optimizada para maximizar a estabilidade hidráulica, a resistência interna do bloco e a estabilidade residual, minimizando o espaço necessário em estaleiro.. O peso dos blocos pode ser calculado pela fórmula de Hudson usando os seguintes valores para KD (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004): • •. perfil corrente: cabeça:. KD= 16 KD= 13. Estes valores de KD tão favoráveis poderão merecer reservas, sendo da responsabilidade dos seus proponentes associados à promoção comercial dos blocos.. A dimensão nominal, Dn50, pode também ser dimensionada pela fórmula de van der Meer usando para o número de estabilidade, Ns, o valor de (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004): •. Ns=2.8. A altura do bloco, H (m), pode ser relacionada com o volume do bloco através da expressão: X/0.22105939. [ ,. sendo V o volume de cálculo do bloco. Largura da camada, r (m): Consumo de betão (m3/m2): Nº de unidades/100m2:. r = 0.92 H. \ 0.608 X .1. , 60.85 X ".]1. (7) (8) (9) (10). O fabricante (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004) indica nas suas tabelas de cálculo uma onda máxima de projecto igual a 8.2 m. 15.

(41) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 2.4.7. MANTO CONSTITUÍDO POR UMA CAMADA DE BLOCOS XBLOC. Figura 9: Bloco tipo Xbloc (Delta Marine Consultants, 2007). Este tipo de bloco de betão foi um dos últimos a ser colocado no mercado, estando disponível desde 2004. Segundo o fabricante o consumo de betão é 15% menor se comparado com outros blocos de camada única.. Tal como nos anteriores blocos de camada única, o peso dos blocos pode ser calculado pela fórmula de Hudson usando os seguintes valores para KD (Delta Marine Consultants, 2007): • •. perfil corrente: cabeça:. KD= 16 KD= 13. Estes valores de KD tão favoráveis poderão merecer reservas, sendo da responsabilidade dos seus proponentes associados à promoção comercial dos blocos.. A dimensão nominal, Dn50, pode também ser dimensionada pela fórmula de van der Meer usando para o número de estabilidade, Ns, o valor de (Delta Marine Consultants, 2007): •. Ns=2.8. O fabricante refere ainda que suporta ondas 20% superiores à onda de projecto. A altura do bloco, H (m), pode ser relacionada com o volume do bloco através da expressão: 1.44 X .M , sendo V o volume de cálculo do bloco. (11). Largura da camada, r (m):. (12). Consumo de betão (m3/m2): Nº de unidades/100m2:. 16. r = 0.968 H. \ 0.589 X .. , 58.95 X ".^. (13) (14).

(42) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. 2.5. ESTABILIDADE DO PÉ DE TALUDE. A função de uma risberma é a de suportar o manto resistente e prevenir danos resultantes da acção das correntes. As risbermas são normalmente construídas por enrocamento, embora o uso de blocos de betão também seja possível. Em locais onde a altura de onda seja limitada pela profundidade, a protecção do pé de talude pode ser assegurada pela colocação de uma ou duas camadas dos elementos do manto resistente. A estabilidade do pé de talude é afectada pela altura de onda, profundidade de água no coroamento da risberma, largura da risberma e densidade dos blocos. A Figura 10 mostra as soluções típicas para a risberma.. Figura 10: Soluções típicas para a risberma em quebramares de taludes (Coastal Engineering Manual, 2006). 17.

(43) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Burcharth et al.(1995) propôs uma alteração à fórmula de van der Meer, d’Angremond e Gerding (1995) para que esta pudesse ser aplicada a outros materiais para além de enrocamento (Coastal Engineering Manual, 2006) ,-. . 0.4. _` . . O 1.6# ,KL. (15). Para uma risberma tipo de tamanho igual a 3 a 5 vezes a largura do bloco e 2 a 3 vezes a altura do bloco os valores admissíveis para Nod são: 0.5 cãe Gãe fghijigeG gfceG ,KL a 2 b fklmcG gfceG 4 gfceG GnonpeG. A largura da berma Bm deverá ser, no mínimo, de 3Dn50. O cálculo do peso dos blocos da risberma pode ser efectuado substituindo nas fórmulas de dimensionamento, por exemplo na fórmula de Hudson, o parâmetro H por H’ calculado por (Bajpai, 1965): q. D V. Vwx 7 y. r 2stuv. V. (16). onde. 2.6. L0. comprimento de onda em grandes profundidades. L. comprimento de onda no pé do quebramar. d’. profundidade a que se situam os blocos. DIMENSIONAMENTO DA SECÇÃO TRANSVERSAL DA ESTRUTURA. O Coastal Engineering Manual (2006) recomenda uma secção transversal com três camadas representada pela Figura 11.. 18.

(44) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Figura 11: Secção tipo recomendada para estruturas galgáveis (Coastal Engineering Manual, 2006). Figura 12: Secção tipo recomendada para estruturas não galgáveis (Shore Protection Manual, 1975). onde: W. peso de um bloco do manto resistente. r. largura média da camada. São adoptadas as seguintes gradações para as várias camadas (Quadro 6):. Quadro 6: Descrição das camadas do quebramar (Coastal Engineering Manual, 2006). Peso do bloco. Camada. W. Manto resistente Pé-de-talude e primeira subcamada Segunda subcamada Núcleo e camada de fundação. W/10 W/200 W/4000. Gradação do tamanho do enrocamento (%) 125 a 75 130 a 70 150 a 50 170 a 30. 19.

(45) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Para o estudo das subcamadas, realizadas em blocos naturais é necessário proceder à equivalência dos blocos de betão para os blocos naturais. Assim, o peso equivalente dos blocos do manto resistente relativamente aos blocos de enrocamento será (Coastal Engineering Manual, 2006): z{|. } ~. . . (17). O tamanho do enrocamento é dado, na Figura 11, pela seguinte expressão (Coastal Engineering Manual, 2006): } / ~. ST 1.13 #. (18). onde W. peso unitário do enrocamento. γa. peso volúmico do enrocamento. A secção tipo proposta poderá constituir uma primeira aproximação no desenvolvimento de uma solução de projecto, a aperfeiçoar nomeadamente com o recurso a ensaios em modelo físico.. 2.6.1. COTA E LARGURA DE COROAMENTO. A cota de coroamento de um quebramar está intimamente relacionada com o grau de galgamento admissível na estrutura. O galgamento de um quebramar de taludes pode ser tolerado se a ondulação gerada por esse galgamento não causar danos no lado de intradorso da estrutura. O galgamento irá ocorrer se a cota de coroamento for menor que a cora de espraiamento máximo. Quanto menos permeável e menos rugosa for a estrutura maior será o espraiamento. A cota de coroamento deve ser a menor cota que forneça a protecção requerida. Se um quebramar for galgado, a ocorrência de ondulação no lado de sotamar (protegido) da estrutura pode ser prejudicial às actividades que aí se pretendem executar. Num quebramar localizado num canal de navegação, o galgamento é tolerável se não afectar a navegação no canal. Para o cálculo da cota de coroamento existem propostas formuladas com base em ensaios experimentais. É importante proceder a uma comparação com o funcionamento de estruturas existentes em ambientes energéticos (ondas, marés e fundos) similares. Para uma melhor aferição da cota de coroamento é necessário efectuar estudos em modelo reduzido. A largura de coroamento depende em grande escala no grau de galgamento permitido. No entanto, esta dependência ainda não foi quantificada. A regra geral para as condições de galgamento indica que a. 20.

(46) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. largura mínima do coroamento deve ser igual à largura de uma camada com três blocos do manto resistente e é traduzida pela fórmula (Coastal Engineering Manual, 2006): } / ~. c

(47) #. (19). onde: B. largura do coroamento,. n. número de blocos (n=3 é o mínimo recomendado),. K∆. coeficiente de forma (Quadro 7),. W. peso do enrocamento,. γa. peso volúmico do enrocamento.. Quadro 7: Valores de K∆ e P (Coastal Engineering Manual, 2006). Tipo de bloco Enrocamento (liso) Enrocamento (áspero) Enrocamento (áspero) Cubos modificados Tetrápodes Core-Loc. Accropod. Coeficiente de forma . Porosidade P (%). 1.02. 38. Aleatória. 1.00. 37. ≥3. Aleatória. 1.00. 40. 2. Aleatória. 1.10. 47. Aleatória aleatória Aleatória Aleatória Aleatória Aleatória aleatória. 1.04. 50 60 63 64 57 59 62. n. Colocação. 2. aleatória. 2. 2 Vol. < 5 m3 5 < Vol< 12 m3 12 < Vol < 22 m3 Vol. < 5 m3 5 < Vol< 12 m3 12 < Vol < 22 m3. 1. 1. 1.51. 1.51. Quando não existe galgamento, a largura do coroamento não é crítica. No entanto essa largura deve ser tal que permita a circulação de equipamento de construção e manutenção que possa operar sobre a estrutura. A Figura 13 ilustra as larguras mínimas para vários tipos de equipamentos circulantes.. 21.

(48) Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes. Figura 13: Largura de coroamento dependente do equipamento (citado por Taveira Pinto, 2000). Com o apoio da União Europeia, foi realizado um projecto internacional denominado “CLASH- Crest Level Assessment of Coastal Structures by full scale monitoring, neural network prediction and Hazard analysis on permissible wave overtopping”. Um dos resultados deste projecto foi a elaboração de uma base de dados relacionada com o galgamento de estruturas. A inclusão de uma superestrutura no coroamento do quebramar pode ser determinante na diminuição da cota de coroamento da estrutura. Para avaliar a necessidade de uma superestrutura para aumentar a estabilidade estrutural ao galgamento, deve fazer-se uma avaliação de custos entre a execução da superestrutura e o aumento da cota de coroamento da estrutura.. 2.6.2. ESPESSURA DO MANTO RESISTENTE E DAS SUBCAMADAS. A espessura do manto resistente e das subcamadas é avaliada pela seguinte fórmula (Coastal Engineering Manual, 2006): } / ~. p c

(49) #. (20). e a densidade de colocação (número de unidades do manto resistente por unidade de área) pode ser estimada usando a equação (Coastal Engineering Manual, 2006): 5 . onde. 22. c

(50) 1 =. ~ 8/ # # }. (21). r. espessura média da camada,. n. número de unidades individuais na espessura da camada/camadas,. W. peso de cada unidade individual,. γ. peso volúmico do material do bloco,. Na. número de unidades individuais do manto resistente por unidade de área, A..