Portos 3

(1)

Hidráulica fluvial e

regularização de canais

PORTOS E VIAS NAVEGÁVEIS

Prof. Antônio Nélson Rodrigues da Silva

Universidade de São Paulo

Escola de Engenharia de São Carlos Departamento de Transportes

(2)

Portos de mar, rios e canais

Tópicos:

1. Noções de hidrografia 2. Noções de hidrologia 3. Morfologia fluvial

4. Dimensões desejáveis para os canais de navegação

5. Melhoramentos dos cursos d'água para navegação

n Melhoramentos gerais ou Normalização n Regularização

(3)

Noções de Hidrografia

Representação de aspectos reais

envolvendo áreas marítimas ou fluviais

No caso de rios ou canais:

n

Seções transversais

n

Vazões

n

Velocidades

n

Transporte de material sólido

n

Qualidade da água

(4)

Elementos gerais de uma bacia

hidrográfica

n

Área

n

Forma

n

Geologia

n

Declividade

n

Ventos e Chuvas

(5)

Merecem referência, em virtude das

técnicas utilizadas para a obtenção de

dados:

n

Geodésia/Topografia

n

Altimetria Fluvial

(6)

Noções de Hidrologia

Estudo da água nos estados

líquido, sólido e gasoso, da sua

ocorrência, distribuição e

circulação na natureza.

n

Precipitação

n

Infiltração

n

Evaporação

(7)

Morfologia fluvial

Conformação dos cursos d'água

ÁGUAS LIVRES

n cabeceiras das bacias n leito não definido

n declividade acentuada

n dependem das precipitações n regime descontínuo

n intensa erosão

n também chamadas torrentes

ÁGUAS SUJEITAS

n menor declividade n menor velocidade

n caminho definido talvegues

(8)

Características da seção transversal de um rio

N.A. Leito Maior N.A. Leito Médio N.A. Leito Menor

RIBANCEIRA PRAIA

(9)

Rios podem ser:

Estáveis

n

água não tem, praticamente, poder

erosivo

n

declividade é muito baixa

Errantes (ou Divagantes)

n

altera a posição do leito

(10)

Evolução dos cursos d'água

Leis de Surel (1938):

1) A erosão natural dos cursos d'água é retrógrada, ou seja, ocorre de jusante para montante;

2) O perfil longitudinal tende para uma curva contínua, de concavidade voltada para o zênite, tangente na parte inferior a uma horizontal.

NÍVEL DE BASE A PERFIL LONGITUDINAL B C D E NÍVEL DE BASE F

(11)

E AS QUEDAS D'ÁGUA? RIOS NÃO SÃO ESTÁVEIS

William Morris Davis, geógrafo americano, comparou o ciclo vital dos rios ao dos animais

n MOCIDADE - busca de um talvegue definitivo

n MATURIDADE - talvegue definido e busca do perfil de

equilíbrio

n VELHICE - Perfil estabilizado e acúmulos de matéria sólida

dos afluentes

n MEANDROS

(12)

Vista em planta de um rio meândrico

SACADO J H G D E F E1 A B _I C

(13)

Curvas representam um problema para a

navegação

n

maior dificuldade e risco

n

acréscimo na distância

Qual é a solução?

RETIFICAÇÃO dos meandros

Busca de novo perfil de equilíbrio

n

erosão a montante

(14)

A forma do leito de um curso d'água é

definida pela erosão

n

Pode começar no fundo do rio

n

Concentração da corrente no

ponto frágil

n

Alteração da seção

n

Filetes d'água passam a incidir sobre uma

das margens

n

Filetes "refletem" e atingem a outra

margem

(15)

Vista em planta de bancos nas curvas de rios

canal banco a) Boa passagem ponto de inflexão b) Má passagem

(16)

Princípios gerais que regem a

formação dos cursos d'água

(H. Girardon) 1) A forma é sinuosa em planta

2) Perfil transversal não apresenta profundidades uniformes

3) Perfil longitudinal não apresenta um declive uniforme 4) Leito constituído de uma série de fossas, separadas por

bancos

5) Cada cheia renova os materiais do leito, modificando a forma do curso d'água

Melhoramentos podem induzir o comportamento natural do rio

(17)

Fargue conseguiu estabelecer correlações entre os

acidentes em planta e perfil

.

Características gerais de um rio, segundo estudo realizado por Fargue.

Estirão Perfil longitudinal

Detalhe do Trecho 1-3 Planta 1/R Distância N.A. 0 1B1 2 3 F1 B2 4 F2 5 B3 6 F3 7 B4 F4₈ 1 B1 2 3 F1 L L/5 L/4

(18)

Sendo L o comprimento da curva considerada

n Bancos a L/5 a jusante do ponto de inflexão n Fossas a L/4 a jusante do vértice da curva

n Valores estudados por Fargue (17 pontos) geraram

uma relação numérica:

C = 0,03.H3 - 0,23.H2 + 0,78.H - 0,76

Onde:

C = curvatura quilométrica (inverso do raio de curvatura)

(19)

As conclusões obtidas permitiram a

formulação de 6 leis, de caráter geral, e de

base empírica

1) Lei dos afastamentos - profundidades máximas

e mínimas a jusante dos vértices e inflexões

2) Lei das fossas (ou da maior profundidade) - A

profundidade de uma fossa é tanto maior, quanto

maior a curvatura dos vértices correspondentes

R1 _R2 H1 N.A. H2 Planta Perfil R1 > R2 C1 < C2 H2 > H1

(20)

3)Lei dos desenvolvimentos - Para maiores

profundidades máxima e média, o

desenvolvimento das curvas deve ter um valor

médio, específico para cada rio

4)Lei dos ângulos - Para desenvolvimentos iguais

de curvas, a profundidade média é tanto maior,

quanto maior o ângulo externo formado pelas

tangentes

a 1 D1 a2 D2 D1 = D2 Hm1 < Hm2a1 < a2

(21)

5) Lei da continuidade - Toda a mudança brusca de curvatura produz uma redução brusca de

profundidade.

6) Lei da inclinação dos fundos - Se a curvatura varia de maneira contínua, a inclinação da tangente à curva das curvaturas (inverso do raio) determina, em qualquer ponto, a declividade do fundo.

C1

C3 C2

C4

C1 < C2 - aumento da profundidade a jusante C3 > C4 - redução da profundidade a jusante

B A C D O distância 1/R distância 1/R

(22)

Regras complementares:

Entre pontos de inflexão consecutivos, a

largura deve crescer junto com a

curvatura, com o valor máximo no

vértice da curva;

L1 _L2 I2 I1 L3 V1 L4 V2 L1 < L2 L2 > L3 A

(23)

As larguras dos pontos de inflexão

sucessivos crescem de montante para

jusante.

I1 I2 La Lb Lc I3 La < Lb < Lc fluxo

B

(24)

As margens côncavas devem ter um

desenvolvimento notavelmente superior

ao das margens convexas

Margem externa (côncava)

Margem interna (convexa)

D2

D1

(25)

Dimensões desejáveis para

os canais de navegação

Definidas, a princípio, segundo critérios econômicos

Profundidade: hmin = C + 0,5 metros, hdesejável = 1,5.C Largura: dmin = 4.B, ddesejável = 10.B

Área da seção molhada (seção): Amin = 6.S Adesejável = 15.S Raio de Curvatura (em função do comprimento - l): Rmin = 10.L Raios menores só com superlargura (s):

d H B S C s = L 2.R 2

(26)

Melhoramentos dos cursos

d'água para navegação

Problemas que dificultam a utilização

plena dos cursos d'água para navegação

são:

n

Obstáculos naturais ou acidentais

n

Desbarrancamentos

n

Irregularidade das vazões

n

Instabilidade do canal (o talvegue pode se

alterar após uma enchente)

n

Pluralidade de canais

n

Corredeiras e quedas.

(27)

Melhoramentos dos cursos

d'água para navegação

NORMALIZAÇÃO REGULARIZAÇÃO CANALIZAÇÃO GERAIS ou MELHORAMENTOS CONSERVAÇÃO DE SOLEIRAS CORRENTES HELICOIDAIS SIMPLES CONTRAÇÃO REMOÇÃO DE OBSTÁCULOS

LIMITAÇÃO DO LEITO DE INUNDAÇÃO

FECHAMENTO DE BRAÇOS SECUNDÁRIOS RETIFICAÇÃO DE MEANDROS

(28)

Melhoramentos Gerais ou

Normalização

n

Obras de baixo custo

n

Simples

n

Necessitam de grande manutenção

n

Menor vida útil

(29)

Limitação do Leito de Inundação

n

Protege terrenos ribeirinhos

n

Barragens longitudinais no leito maior

n

Diques ou muros

n

Limitam as águas nas cheias, prevenindo

inundações

Fundação

indireta Leito Menor Fundação direta

Leito Maior

(30)

Limitação do Leito de Inundação

Diques

n Barragens de terra ou enrocamento n Geralmente de gravidade

n Materiais impermeáveis

n Solo local ou gabiões, com núcleo impermeável

Muros

n Estruturas esbeltas

n Em geral, de concreto armado

(31)

Remoção de Obstáculos

n

Retirada de material sólido do leito do rio

n

Obstáculo ocasional

n

Rochas permanentes

(32)

Remoção de Obstáculos

Dragagem

n

Equipamentos mecânicos ou hidráulicos

n

Pouca influência no regime dos rios

n

Comum sedimentação do canal dragado

n

Material pode ser removido do leito ou deixado no mesmo

n

Equipamentos contínuos (alcatruzes)

elinda alcatruz calha

(33)

Remoção de Obstáculos

n Equipamentos descontínuos (colher, concha ou

pá-de-arrasto)

Equipamentos hidráulicos (dragas de sucção):

n è Simples

n è Com desagregador giratório n Com pá de sucção

Back-shovel

Clamshell

(34)

Material sólido e água são despejados:

n

Nas próprias dragas

n

Em batelões

n

Na corrente, fora do canal

n

Na margem, recalcados por tubulação

Derrocamento fluvial

n

è Explosivos

n

è Percussão (hastes de derrocagem ou

(35)

Proteção das Margens

n Busca a fixação do canal navegável n Reduz transporte de sólidos

n Permite o equilíbrio da seção transversal n Protege terrenos ribeirinhos

n Desgaste das margens pode ser provocado por:

èArrancamento (oriundo da erosão)

èEscorregamento da ribanceira (erosão no pé das margens ou escoamento de águas de infiltração) èAção das ondas (vento ou embarcações)

(36)

Proteção das Margens

Diretas ou Contínuas

n Taludamento

n Revestimento simples

n Proteção com enrocamentos, alvenaria de pedra e cortinas

contínuas

Indiretas ou Descontínuas

n Obras localizadas

n A curta distância das margens n Desviam o curso d'água

n Provocam a deposição de material sólido n Espigões isolados

n Espigões de repulsão

(37)

Espigão isolado e seu efeito na margem a jusante

espigão

pilar erosão

linhas de fluxo espigões

colchão líquido

estático linhas de fluxo

(38)

Fechamento de Braços Secundários

Aprofundamento do canal principal

n

Deposição dos materiais sólidos, à jusante

Feitos em enrocamento ou terra Sedimentação

Ilha

(39)

Retificação de Meandros

Pode gerar problemas

n

Embocadura do novo canal próxima do

vértice da curva pode evitar que o rio

consiga refazer o meandro

(40)

REGULARIZAÇÃO

n

Obras de custo elevado

n

Necessitam de pouca manutenção

n

Resultados permanentes

(41)

Simples Contração

Ai NA Li Seção inicial Le Seção estreitada NA Ae Lf Seção final NA H H D Af

(42)

Conservação de Soleiras

canal dique

(43)

Correntes Helicoidais

Seção transversal d = distância de atuação do painel erosão d NA cheia

(44)

CANALIZAÇÃO

Vantagens

n Permite maiores calados

n Reduz os tempos de viagem

n Menor percurso pela retificação por recobrimento n Controle da vazão na estiagem

n Facilidade para construção de portos n Aproveitamento hidrelétrico

n Irrigação

NA

Barragem Obra de transposição

Perfil longitudinal

NA NA