Caso de estudo: Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz

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

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2007/2008

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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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.

Aos meus Pais

Soluções alternativas para o prolongamento de quebramares de taludes

i

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.

.


iii

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.


v

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.


vii

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 PERFIL TIPO .............................................................................................................................................. 29

3.2 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 30

3.3 TIPO DE DISSIPAÇÃO .................................................................................................................................. 30

3.4 MODELO DE CÁLCULO ................................................................................................................................ 30

3.5 TIPOS DE MANTO RESISTENTE ...................................................................................................................... 30

3.6 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 31

3.7 APLICAÇÕES DO TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL ....................................................................................... 31

3.8 APLICAÇÕES DO TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL .......................................................................... 31



viii


4 QUEBRAMAR EM BERMA (BERM BREAKWATER) .................................................................................. 33

4.1 PERFIL TIPO .............................................................................................................................................. 33

4.2 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 34



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


4.6 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 43

4.7 MÉTODOS CONSTRUTIVOS .......................................................................................................................... 43

4.8 EXPERIÊNCIA EM QUEBRAMARES EM BERMA ................................................................................................... 44


4.10 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL ...................................................................... 45



5 QUEBRAMAR DE TALUDES COM QUEBRAMAR SUBMERSO (TANDEM BREAKWATER) ........................... 47

5.1 PERFIL TIPO .............................................................................................................................................. 47

5.2 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 47




5.6 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 49





6 QUEBRAMAR VERTICAL OU MISTO (VERTICAL OR COMPOSITE BREAKWATER) ..................................... 51

6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 51

6.2 PERFIL TIPO .............................................................................................................................................. 51



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


6.6 MODOS DE RUPTURA ................................................................................................................................. 61





ix


7 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




7.4 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


xi

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


xii

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 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


xiii

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


xv

SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

B largura do coroamento do quebramar Bm largura da berma do quebramar C consumo de betão (m3/m2) Ck definida como Hk/Hs = 1.55 para águas profundas quando as alturas de onda são

caracterizadas pela distribuição de Rayleigh

d profundidade de água em frente ao pé do talude d’ profundidade de coroamento da berma D calado do navio Dn15 15% de enrocamento tem um diâmetro inferior a D15 Dn50 diâmetro nominal Dn85 85% de enrocamento tem um diâmetro inferior a D85 fd factor de profundidade fg factor de gradação (fg = Dn85/Dn15) f i factor de redução da fórmula de van der Meer (estruturas galgáveis) g aceleração da gravidade H altura do bloco ��1/10 média do décimo superior das alturas de onda mais altas h’ profundidade de fundação do caixotão h’c altura da estrutura acima do nível do leito marinho H0T0 número de estabilidade dinâmico ��2% média do segundo superior das alturas de onda mais altas hb profundidade de água a uma distância de 5Hs a barlamar do quebramar hc distância entre o nível da água do mar de dimensionamento e a cota máxima do tardoz do

caixão Hd altura de onda de projecto hf profundidade em que o talude reperfilado intersecta o talude original ��1/50 altura de onda característica, definida a partir da média da 1/50 ondas mais altas Hmax altura de onda máxima Hs = ��1/3 altura de onda significativa ht profundidade da risberma hw altura do caixão k número de onda = 2π/L KD coeficiente empírico de estabilidade da fórmula de Hudson K∆ coeficiente de forma dos blocos L comprimento de onda no pé do quebramar L0 comprimento de onda em grandes profundidades (gT2/2π) b largura do navio (boca) L ff comprimento do navio fora-a-fora N número de unidades/100m2 de talude n número de blocos


xvi

Na número de unidades individuais do manto resistente por unidade de área, A Nod nível de danos Ns número de estabilidade Ns

* número de estabilidade espectral

Ns** número de estabilidade modificado

NZ número de ondas P permeabilidade do manto Po porosidade do manto r espessura média da camada Rcanal raio do canal de navegação Rc altura de água acima do coroamento da estrutura, negativa se a estrutura for submersa Rec recessão da berma S nível de estragos sm declividade de onda (Hs/L0) sm0 = 2πHs/(gTz

2)

smk declividade característica da onda sop declividade da onda em grandes profundidades para o período de pico sp declividade da onda para o período de pico T período de onda Tm período de onda médio Tz período dos zeros ascendentes UFH 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 V volume do bloco W peso de um bloco do manto resistente w largura mínima do rasto do canal wBg folga até à margem verde (estibordo de entrada) wBM largura básica da faixa de navegação wBr folga até à margem vermelha (bombordo de entrada) Σ wi 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

β ângulo de incidência das ondas no talude em relação à sua normal ρc massa volúmica do material constituinte da estrutura

ρs massa volúmica do betão ρw massa volúmica da água


xvii

γ peso volúmico do material do bloco γa peso volúmico do enrocamento ∆ densidade relativa (ρs/ρw-1) η ângulo de atrito caixão/fundação θ ângulo que o talude faz com a horizontal ξm número de Iribarren (tan θ/sm

1/2)

ξmc número de Iribarren crítico

BMAV baixa-mar de águas vivas FS factor de segurança NMAM nível médio da água do mar PMAV preia-mar de águas vivas T.O.T. Enrocamento de todo-o-tamanho


1

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.


2

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.


3

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


4

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)


5

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:


6

• 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 MANTO CONSTITUÍDO POR DUAS CAMADAS DE ENROCAMENTO

2.4.1.1 Dimensionamento pela fórmula de Hudson

Hudson propõe a seguinte expressão para o cálculo do peso dos blocos do manto resistente (Coastal Engineering Manual, 2006):

�� . cot �� ⁄ ou �� !"�#� $%& ' (1)

A expressão apresentada difere da proposta pelo Coastal Engineering Manual (2006) na altura de onda indicada, sendo que no Coastal Engineering Manual (2006) o valor de Hd está substituído por ��1/10.

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.


7

Quadro 1: Coeficiente KD da fórmula de Hudson (Shore Protection Manual, 1977)

Tipo de blocos Colocação

Perfil Talude

Cotg θ

Zona de rebentação

Fora da zona de

rebentação Liso e

arredondado Aleatória 2.1 2.4 1.5 a 3.0

Superfície áspera e irregular Aleatória 3.5 4.0 1.5 a 3.0

Superfície áspera e irregular Especial (*) 4.8 5.5 1.5 a 3.0

(*) 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)

Tipo de blocos Colocação

Perfil Talude

Cotg θ

Zona de rebentação

Fora da zona de

rebentação Liso e

arredondado Aleatória 1.2 2.4 1.5 a 3.0

Superfície áspera e irregular Aleatória 2.0 4.0 1.5 a 3.0

Superfície áspera e irregular Especial 5.0 7.0 1.5 a 3.0

Considerando que ��1/10 = 1.275Hs para alturas de onda que se caracterizam por uma distribuição de 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.


8

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 34567�.8 ()"�.� (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)


9

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 2 3 – 5 8 1 / 2 2 4 – 6 8 1 / 3 2 6 – 9 12

1/4 – 1/6 3 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�� B-C8D7"� (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+�- BG)2H * 0.052


10

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):

,- �� I6.7 ,KL�.M ,N�.� O 1.0⁄ PG)"�.� (4)

onde:

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


11

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)

Nível de danos ,- �-RST�� KD

Talude 1:1.5 Talude 1:2 início 1.8-2.0 3.9 - 5.3 2.9 – 4.0

moderados 2.3-2.6 8.1 - 12 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):

,- �� I3.75 ,KL�.� ,N�.8� O 0.85⁄ PG)"�.8 (5)


12

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%�� 1.4 I3.75 ,KL�.� ,N�.8� O 0.85⁄ PG)"�.8 (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)

Perfil Cabeça Talude cot θ Zona de

Rebentação Fora da Zona de

Rebentação Zona de

Rebentação Fora da Zona de

Rebentação

7.2 8.3 5.9 6.6 3:2 5.5 6.1 2:1 4.0 4.4 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.


13

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: KD= 16 • cabeça: KD= 12.3

Estes valores de KD tão favoráveis poderão merecer reservas, sendo da responsabilidade dos seus proponentes associados à promoção comercial dos blocos.


14

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): r = 0.9 H

Consumo de betão (m3/m2): \ 0.631 X�.��

Nº de unidades/100m2: , 63.13 X"�.]1

2.4.6 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:


15

• 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: KD= 16 • cabeça: KD= 13


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


� �X/0.22105939�� [ , sendo V o volume de cálculo do bloco (7)

Largura da camada, r (m): r = 0.92 H (8)

Consumo de betão (m3/m2): \ 0.608 X�.��1 (9)

Nº de unidades/100m2: , 60.85 X"�.]1 (10)

O fabricante (CLI - Concrete Layer Innovations, 2004) indica nas suas tabelas de cálculo uma onda máxima de projecto igual a 8.2 m.


16

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: KD= 16 • cabeça: KD= 13


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.


� 1.44 X�.��M, sendo V o volume de cálculo do bloco (11)

Largura da camada, r (m): r = 0.968 H (12)

Consumo de betão (m3/m2): \ 0.589 X�.� (13)

Nº de unidades/100m2: , 58.95 X"�.^ (14)


17

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)


18

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:

,KL a0.524 b cãe Gãe fghijigeG gfceGfklmcG gfceG 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�Vr2stuvVw�xy 7V (16)

onde

L0 comprimento de onda em grandes profundidades

L comprimento de onda no pé do quebramar

d’ profundidade a que se situam os blocos

2.6 DIMENSIONAMENTO DA SECÇÃO TRANSVERSAL DA ESTRUTURA

O Coastal Engineering Manual (2006) recomenda uma secção transversal com três camadas representada pela Figura 11.


19

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 Gradação do tamanho do enrocamento (%)

W Manto resistente 125 a 75

W/10 Pé-de-talude e primeira subcamada 130 a 70

W/200 Segunda subcamada 150 a 50 W/4000 Núcleo e camada de fundação 170 a 30


20

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


21

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�� }~�#�/� (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 n Colocação Coeficiente de

forma �� Porosidade P

(%) Enrocamento

(liso) 2 aleatória 1.02 38

Enrocamento (áspero) 2 Aleatória 1.00 37

Enrocamento (áspero) ≥3 Aleatória 1.00 40

Cubos modificados 2 Aleatória 1.10 47

Tetrápodes 2 Aleatória 1.04 50

Core-Loc Vol. < 5 m3

1 aleatória

1.51 60

5 < Vol< 12 m3 Aleatória 63 12 < Vol < 22 m3 Aleatória 64

Accropod Vol. < 5 m3

1 Aleatória

1.51 57

5 < Vol< 12 m3 Aleatória 59 12 < Vol < 22 m3 aleatória 62

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.


22

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�� }~�#�/� (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�� c�� 1 = ��# � ~}#8/� (21)

onde

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.


23

A colocação dos blocos deve respeitar escrupulosamente Na para se garantir um correcto imbricamento e, portanto, estabilidade hidráulica, do manto resistente.

2.6.3 COTA DE BASE DO MANTO

Quando a profundidade de água é menor que 1.5�L, sendo �L a altura de onda de projecto, o manto resistente deve ser prolongado até à base do talude, prolongando-se para a risberma. Quando, por outro lado, a profundidade é maior que 1.5�L o manto resistente deve ser prolongado até à cota abaixo da PMAV igual -1.5 �L (Coastal Engineering Manual, 2006).

2.6.4 FILTROS

As camadas interiores do quebramar têm um papel fundamental na estabilidade do manto resistente. Quanto maior for a permeabilidade dos filtros (e do núcleo), maior será a estabilidade do manto resistente, embora possa aumentar a energia que atravessa o quebramar.

2.7 MODOS DE RUPTURA

A Figura 14 esquematiza os modos de ruptura possíveis num quebramar de taludes. A compreensão destes modos de ruptura contribui para a adopção, a nível dos projectos, de medidas tendentes a minimizar os riscos da ocorrência dessas rupturas.

Figura 14: Modos de ruptura de um quebramar de taludes (Burcharth, 1992)


24

A correcta selecção do material do núcleo e o correcto estudo do solo de fundação poderão minimizar ou antever os fenómenos de assentamento. Poderá ser adoptada uma ligeira sobreelevação da cota do coroamento do núcleo de forma a antever esses fenómenos.

A erosão e ruptura do manto resistente irá ocorrer se houver um subdimensionamento dessa camada. O projectista deve ser muito cuidadoso no dimensionamento dessa camada pois a ruptura do manto resistente é um dos modos de ruptura mais verificados.

A erosão da berma está relacionada com a acção provocada pelas correntes (agitação, hélices de embarcações, marés) e o peso dos blocos do manto resistente. Assim sendo, para se evitar o fenómeno de erosão da berma, deve aumentar-se a largura da berma e, se necessário, o peso dos blocos que a constituem.

A erosão do pé de talude poderá também ocorrer devido às correntes de deriva. Estas retiram a areia que aí se situa provocando a instabilidade do quebramar. É frequente, na cabeça do quebramar, haver a formação de vórtices que promovem essa mesma remoção de areia, sendo esta a zona mais sensível do quebramar. Para se evitar este fenómeno poder-se-ia dragar a areia que aí se encontra até se atingir ou um estrato mais estável ou até uma profundidade que se considere suficiente para garantir a segurança do quebramar, substituindo a areia removida por enrocamento que, embora possa ser de pequeno tamanho, seja mais estável que a areia. O prolongamento das risbermas de fundação poderá ser outra alternativa já que estas poderão funcionar como uma “reserva” flexível (em termos da adaptação a fundos móveis.

Os fenómenos de “piping” consistem no atravessamento da estrutura por correntes de percolação sob a superestrutura. Estas correntes podem lavar os finos que constituem o núcleo, provocando uma instabilização da superestrutura e a criação de círculos de ruptura no talude de intradorso. Para que tal não aconteça, o muro-cortina deve ser prolongado no sentido do interior do quebramar.

O galgamento de um quebramar pode causar danos no talude de intradorso. Este fenómeno está intimamente relacionado com a porosidade do manto resistente e da cota de coroamento do quebramar. Deve limitar-se o galgamento aumentando a cota de coroamento e, embora seja mais difícil de executar, aumentar a porosidade e a capacidade de pré-rebentação do manto resistente. Se a estrutura for projectada para ser uma estrutura galgável devem dimensionar-se os blocos do talude de intradorso de modo a resistir a essas acções.

Os círculos de ruptura que podem ocorrer no talude de extradorso estão associados ao peso do enrocamento e dos filtros sobre o núcleo. Assim sendo, o núcleo deve ser dimensionado para resistir a tais esforços.

No Quadro 8 são apresentados alguns exemplos de acidentes ocorridos em quebramares de taludes com manto resistente constituído por blocos de betão.


25

Quadro 8: Exemplos de acidentes em quebramares de taludes (Pita, 1985)

Local Bloco Peso Ano de

construção Observações

Leixões Portugal

Tetrápodes 40 t 1966 Cabeça danificada em 1973 e 1974

Sines Portugal

Dolos 15 e 42 t 1973 – 1978 Destruído em 1978 e 1979

Baleeira Portugal

Tetrápodes 16 t - Danificado

Kahului

Tetrápodes 33 t 1954 Danificado

Harbor Hawaii

Tribars 35 t 1959 – 1963 Danificado

Crescent City E.U.A.

Tetrápodes Dolos

25 t 20 e 30 t

1956 1973

Danificado Danificado. Recargas com

dolos de betão armado Humbolt Bay

jetties E.U.A.

Dolos 36, 42 e 43 t 1971 Danificado. Reconstrução com

dolos de betão armado

Gansbaii Harbour África do Sul

Dolos 17.1 e 12.4 t 1967 – 1969 Danificado

Bilbao Espanha

Blocos paralelepipédicos 90 t - Danificado em 1977

San Ciprian Espanha

Dolos 50 t 1977 – 1979 Danificado em 1980 numa extensão de 200m

Tripolo Harbour Líbia

Tetrápodes 19 t 1973 - 1980 Muito danificado em 1981

Baie Comeau Canadá

Dolos 4.5 e 7.1 t 1963 Danificado em 1976

Rivieré au Renard Canadá

Dolos 4.5 e 12.7 t

1971 - 1973 Danificado em Novembro de 1980

Port D’Arzew el Djedid Argélia

Tetrápodes 48 t 1976 – 1979 Destruído em 1980

2.8 FASEAMENTO CONSTRUTIVO

Apresenta-se, como exemplo a construção do quebramar de taludes principal do terminal petroleiro de Havre-Antifer, França, Figura 15, 16 e 17.


26

Figura 15: Perfil transversal (Veloso Gomes, 1986)

Estão presentes equipamentos terrestres e flutuantes.

Numa primeira fase, e, não considerando que os trabalhos se realizam “à maré”, até à cota -5mZH, os batelões de fundo móvel lançam enrocamento que irá preparar a fundação e formar o núcleo do quebramar e também o enrocamento com que se irá construir os filtros.

Figura 16: Construção de um quebramar de taludes (frentes de trabalho 1 a 3) (Veloso Gomes, 1986)

1- Preparação da fundação; 2-Lançamento de enrocamento; 3-Lançamento de enrocamento T.O.T. constituinte

do núcleo.

Numa segunda fase, os equipamentos terrestres irão completar, por basculamento, a restante parte do núcleo e dos filtros.

Antes de se executar a superestrutura, é necessário proceder à colocação dos blocos do manto resistente. Esta operação é de difícil execução e requer alguns cuidados. Se os blocos forem simplesmente “largados” desde o coroamento da estrutura, o mais provável é ocorrer a ruptura dos mesmos, além de que o manto ficará muito irregular. A execução do manto resistente é, normalmente, executada através da colocação de cada bloco com recurso a uma grua.

A capacidade de que a grua necessita para colocar os blocos depende fundamentalmente do peso dos blocos e da distância horizontal entre a grua e o local de posicionamento do bloco, ou seja, do braço. O momento criado pelo produto destas duas grandezas vai condicionar a capacidade da grua. Quanto maior for o peso dos blocos e/ou maior o braço, maior terá de ser a capacidade da grua. Por vezes, quando o momento necessário é muito elevado, recorre-se a equipamento flutuante para a colocação dos blocos.


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Figura 17: Construção de um quebramar de taludes (frentes de trabalho 4 a 8) (Veloso Gomes, 1986)

4- Colocação de Tout-Venant; 5- Camada de transição; 6- Manto intermédio com enrocamento de betão;

7- Manto exterior em blocos de betão cúbicos de 12 a 24 t; 8- Coroamento em betão.

2.9 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL

De seguida apresentam-se alguns exemplos da aplicação deste tipo de quebramar em Portugal.

Quebramar do porto do Funchal – Anexo 1 (ficha 1)

Quebramar do porto da Figueira da Foz – Anexo 1 (fichas 5 e 6)

Quebramar do porto de Leixões – Anexo 1 (ficha 48)

Quebramar do porto do Porto Santo – Madeira – Anexo 1 (ficha 2)

Quebramar do porto de Sines – Anexo 1 (ficha 3)

Quebramar do portinho de Vila Praia de Âncora – Anexo 1 (ficha 47)

Quebramares Sul do Porto da Praia da Vitória – Açores - Anexo 1 (fichas 65)

Quebramar da Base da Lajes – Praia da Vitória, Ilha Terceira – Açores - Anexo 1 (fichas 26)

Quebramar Sul dos Molhes do Douro - Anexo 1 (ficha 66)

2.10 APLICAÇÕES DESTE TIPO QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL

Passam a referenciar-se alguns exemplos da aplicação deste tipo de quebramar a nível internacional.

Quebramar de Bilbao – Anexo 1 (ficha 4)

Quebramar de Bilbao – Dique de Punta Lucero – Anexo 1 (ficha 63)


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Quebramar de Punta Langosteira - La Coruña – Espanha – Anexo 1 (ficha 7)

Quebramar de Zeebrugge – Bruges – Bélgica – Anexo 1 (ficha 8)

Quebramar de Riviere-au-Renard – Quebec – Canada – Anexo 1 (ficha 9)

Quebramar do porto de St. Paul - Alaska – Anexo 1 (ficha 10)

Quebramar de Óstia – Itália – Anexo 1 (ficha 11)

Quebramar do Porto d'Arzew El Djedid – Argélia – Anexo 1 (ficha 13)

Quebramar de Ijmuidem – Amsterdam – Holanda – Anexo 1 (ficha 14)

Quebramar Sul do porto de Constantza – România – Mar Negro – Anexo 1 (ficha 15)

Quebramar do porto de Alicante – Espanha – Anexo 1 (ficha 16)

Quebramar do porto de Ferrol - Espanha – Anexo 1 (ficha 17)

Quebramar do porto de A Coruña - Espanha – Anexo 1 (fichas 18 e 19)

Quebramar da ilha de Tory – Irlanda – Anexo 1 (ficha 20)

Quebramar do porto de Oriel - Irlanda – Anexo 1 (ficha 21)

Quebramar do porto de Kaumalapau – Lanai - Hawaii – Anexo 1 (ficha 22)

Quebramar Ciervana – Bilbao – Espanha – Anexo 1 (ficha 23)

2.11 POTENCIAIS PONTOS FORTES

Construção relativamente fácil.

A superestrutura diminui o galgamento em relação aos quebramares de taludes simples.

Grande experiência internacional, a nível de projecto e execução.

2.12 POTENCIAIS PONTOS FRACOS

A construção da super-estrutura envolve custos mais elevados.

A instabilidade de alguns blocos do manto resistente pode levar a um aumento exponencial de danos.

O aumento do tamanho de blocos de betão do manto resistente diminui a resistência estrutural dos mesmos.


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3 3 QUEBRAMAR DESTACADO (DETACHED

OR OFFSHORE BREAKWATER )

3.1 PERFIL TIPO

Ilustram-se dois perfis tipo, um correspondente a um quebramar destacado emerso e outro a um quebramar destacado submerso.

Figura 18: Quebramar destacado emerso (Liberatore, 1992)

Figura 19: Quebramar destacado submerso (Liberatore, 1992)


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3.2 INTRODUÇÃO

Quebramares destacados poderão ser uma boa alternativa na protecção de praias e frentes edificadas, principalmente em zonas onde a amplitude de maré é menor. Podem ser do tipo emerso ou submerso. Os do tipo submerso são mais usados quando quase não existe amplitude de maré.

São normalmente formados por um ou mais segmentos, paralelos à costa e separados por aberturas.

A sua estrutura é do tipo “quebramar de taludes” onde se usa enrocamento para o manto protector para pequenas profundidades e blocos de betão para profundidades maiores.

Existem alguns exemplos de aplicação de quebramares destacados emersos em estruturas portuárias.


Nos quebramares destacados emersos a dissipação ocorre no manto, por difracção nas extremidades do quebramar e por espraiamento.


Van der Meer (1991) propõe a seguinte fórmula para o cálculo da dimensão característica dos blocos do manto resistente (Coastal Engineering Manual, 2006):

_xAL �2.1 O 0.1 �� exp�=0.14 ,-�� (22)

onde:

d profundidade de água �q+ altura da estrutura acima do nível do leito marinho

S percentagem de danos

,-� número de estabilidade espectral: ,-� �� G�"�/�

3.5 TIPOS DE MANTO RESISTENTE

Utilizam-se habitualmente enrocamentos para baixas profundidades e blocos de betão para profundidades ou níveis energéticos mais elevados.


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Idênticos aos modos de ruptura dos quebramares de taludes.

3.7 APLICAÇÕES DO TIPO DE QUEBRAMAR EM PORTUGAL

Não existe experiência neste tipo de quebramar no território português associados a estruturas portuárias. No entanto, os quebramares de Castelo de Neiva e da Aguda, constituídos por maciços prismáticos em betão, também proporcionam abrigo às pequenas embarcações de pesca, em relação à agitação, para além de terem funções de defesa costeira.

No anexo 1 (ficha 66) pode-se observar a secção transversal do quebramar destacado construído na margem Sul da embocadura do rio Douro.

3.8 APLICAÇÕES DO TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL

Referem-se exemplos da aplicação deste tipo de quebramar a nível internacional.

Fiorenzola dei Focara – Itália – Anexo 1 (ficha 51)

Emilia Romagna – Itália – Anexo 1 (ficha 50)


Um quebramar destacado diminui a capacidade de transporte de sedimentos das correntes paralelas à costa (deriva litoral), provocando a deposição dos mesmos. Possibilita a génese de correntes locais, de difracção, que provocam a deposição de sedimentos na zona mais abrigada, dando origem à formação de um tômbolo ou de uma “ponta” que se desenvolve enraizada na costa, na zona abrigada.

O uso de quebramares destacados submersos não altera o aspecto visual da praia, a sua influência nas ondas é mais selectiva comparada com os quebramares emersos, sendo que as ondas maiores estão mais sujeitas a uma mais forte redução percentual do que as mais pequenas melhorando a circulação de água durante a ocorrência de ondas menores.

Os quebramares destacados podem dar origem a um aumento significativo da extensão da linha de costa (sucessão de baías e tômbolos), com efeitos balneares positivos.


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Possibilidade de degradação da qualidade da areia e da água nas áreas protegidas, particularmente quando há formação de tômbolos, devido à redução da capacidade de renovação das águas.

Desenvolvimento de uma batimetria irregular que se pode revelar perigosa para os banhistas.

Quando não submersos, o quebramar destacado constitui uma barreira visual paralela à praia.

Os quebramares submersos podem, se não forem devidamente sinalizados, ser obstáculos fatais para o tráfico marítimo.


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4 4 QUEBRAMAR EM BERMA

(BERM BREAKWATER )

4.1 PERFIL TIPO

Figura 20: Quebramar com berma estável (van der Meer, 1994)

Figura 21: Quebramar em berma tipo-S (van der Meer, 1994)

Figura 22: Quebramar em berma tipo Islandês (Sigurdarson, van der Meer, Burcharth, & Sørensen, 2007)


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Os perfis tipo que se seleccionaram correspondem a três variantes de quebramares em berma: berma estável, berma em S e tipo Islandês.

4.2 INTRODUÇÃO

Os quebramares em berma têm sido construídos com uma berma livre para ser reperfilada em vez de se construir a berma já com o perfil remodelado. Isto acontece porque se admite que possa ser mais económico construir o quebramar com uma berma remodelável. Recentemente tem sido usual o dimensionamento de quebramares em berma com uma berma não remodelável pois o processo de alteração de perfil pode levar uma excessiva instabilidade dos blocos individuais. No entanto, muitos dos antigos quebramares em berma tipo-S têm funcionado muito bem sem ocorrer a excessiva instabilidade dos blocos. O permitir, ou não, que a berma se reperfile depende da qualidade do enrocamento disponível e da capacidade dos blocos pétreos resistirem aos impactos que levam à abrasão/rotura.

Em muitos casos a dimensão do enrocamento para a execução de um quebramar de taludes convencional é tão grande que são necessários blocos de betão.

Um quebramar em berma geralmente apresenta uma berma permeável de grande volume. No entanto, torna-se claro que mesmo um quebramar em berma estaticamente estável requer enrocamento para o manto exposto com menor peso unitário que o que seria necessário para um quebramar de taludes convencional. Nos casos onde não seja possível recorrer a enrocamento de grandes dimensões, um quebramar em berma poderá ser uma alternativa a um quebramar de taludes convencional revestido a blocos de betão.

Os aspectos a considerar no pré-dimensionamento de um quebramar em berma são:

- condições ambientais,

- rendimento da pedreira,

- resistência estrutural dos materiais pétreos,

O dimensionamento final terá em conta:

- reperfilamento,

- transporte longitudinal do enrocamento,

- galgamento,

- correntes e protecção contra as correntes,

- estabilidade do solo,

- métodos construtivos,

- avaliação de custos.

A ideia da construção de quebramares em berma nasceu após a observação de vários acidentes em quebramares de taludes, onde se verificou a ruptura dos mesmos, formando-se uma berma. Um desses


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graves acidentes ocorreu no quebramar de Arzew el Djedid, na Argélia, que servirá de exemplo para a demonstração da formação da berma. A Figura 23, Figura 24 e Figura 25 ilustram essa formação da berma.

Figura 23: Quebramar de Arzew el Djedid - secção transversal inicial (Veloso Gomes, 1986)

Figura 24: Quebramar de Arzew el Djedid - primeiros danos (Veloso Gomes, 1986)

Figura 25: Quebramar de Arzew el Djedid - secção totalmente destruída (Veloso Gomes, 1986)


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A partir dessa berma foram propostos três novas tipologias de quebramar que se passa a enumerar:

- Na condição estática de não remodelação, apenas alguns blocos podem mover-se, tal como nos quebramares de taludes;

- Na condição estática remodelada, o talude pode reconfigurar-se num talude estável e onde os blocos individuais permanecerão também estáveis (tipo Islandês);

- Na condição dinâmica estável, o perfil é remodelado num perfil estável mas os blocos individuais podem mover-se para cima e para baixo no talude (tipo-S).

A Figura 26 explica o potencial efeito de alturas de onda, sucessivamente crescentes, num quebramar em berma.

Figura 26: Efeito de várias alturas de onda num quebramar em berma (van der Meer, 1994)


A berma, que é uma plataforma horizontal construída acima do nível de água de projecto, possibilita uma área onde as ondas se podem propagar sobre uma massa de enrocamento, com um elevado grau de porosidade. A energia das ondas é dissipada no enrocamento e as acções hidrodinâmicas são fortemente reduzidas permitindo o uso de enrocamento de menor dimensão comparativamente ao dos quebramares convencionais. Durante um período de tempo a massa de enrocamento aumenta a sua estabilidade como resultado da acção das ondas, o que provoca a consolidação ou o imbricamento dos blocos pétreos e o aumento da capacidade resistente do manto protector.


37


Os parâmetros mais usados em relação à estabilidade dos quebramares em berma são os seguintes (PIANC, 2003):

• número de estabilidade: ,- ��, (23)

• número de estabilidade do período: �� B �� , (24)

• R ��! = 1, (25)

• Factor de gradação: 9� ��, (26)

• Número de estabilidade espectral: ,-� I��VrP� �⁄�� (27)

• Número de estabilidade modificado (Lamberti e Tomasicchio, 1997)

,-�� 3C3C�#"�� ⁄ � cos �8 �⁄ � �.1��`�� (28)

Onde:

Hs = altura de onda significativa,

��1/50 = altura de onda característica, definida a partir da média da 1/50 ondas mais altas,

Ck = definida como Hk/Hs = 1.55 para águas profundas quando as alturas de onda são caracterizadas pela distribuição de Rayleigh,

Dn50 =(W50/ρs)1/3,

L0 = comprimento de onda em águas profundas baseada na altura de onda média,

W50 = peso médio do enrocamento,

Tz = período de onda dos zeros ascendentes,

g = aceleração da gravidade,

sm0 = 2πHs/(gTz2),

smk = declividade característica da onda, definida como 0.03,

β = ângulo entre a direcção média da onda e a normal à direcção longitudinal do corpo, do quebramar,

ρs = massa volúmica do enrocamento,

ρw = massa volúmica da água.


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De seguida apresentam-se as relações entre H/(∆Dn50) admissíveis para os vários tipos de quebramares:

�� < 1: Base de um quebramar misto

Não é permitido nenhum dano nestas estruturas fixas. A dimensão característica, Dn50, pode ser a altura ou a largura da estrutura

�� = 1 a 4: Quebramar de taludes

Taludes uniformes são executados através da colocação de blocos de betão pesados ou enrocamento natural. Só pequenos danos (deslocamento) são permitidos sob as condições de projecto. O diâmetro, D, é o diâmetro característico de uma unidade, como por exemplo o diâmetro nominal.

�� = 3 a 6: Quebramar em berma tipo-S

Estas estruturas são caracterizadas por taludes mais ou menos inclinados acima e abaixo do nível médio da água do mar com um talude menos inclinado entre estes dois. Este talude menos inclinado reduz a acção das ondas no manto resistente. Quebramares em berma são projectados, a barlamar, com um talude muito inclinado e uma berma horizontal logo acima do nível médio da água do mar. As primeiras tempestades reperfilam o talude para uma talude menos inclinado que se tornará estável a partir daí.

O princípio básico envolvido no dimensionamento de um quebramar tipo-S é o aprovisionamento de uma berma larga, aproximadamente à cota do nível médio da água do mar, cujo manto resistente é constituído por enrocamento de menor dimensão que o usado em quebramares convencionais. Estes blocos mais pequenos irão ser remodelados, no seu posicionamento, pela acção das ondas até se atingir um talude de equilíbrio.

Quando é atingido o estado de equilíbrio o efeito da acção das ondas sobre a estrutura fica diminuído, mesmo para ondas mais elevadas.

O perfil final torna-se dinamicamente estável sob a acção de ondas altamente energéticas e “redesenha-se” para um perfil mais estaticamente estável.

O período de onda tem grande influência na estabilidade dos quebramares em berma.

O dimensionamento de um quebramar tipo Islandês não depende propriamente de uma fórmula para a recessão da berma. A ideia principal é que o enrocamento maior retirado da pedreira seja armazenado para a construção das duas camadas superiores e parte do talude inferior. Do volume total de enrocamento extraído da pedreira, o enrocamento destas camadas apenas constituirá uma pequena percentagem. Esta camada larga e muito importante deve ser construída com cuidado. O enrocamento deve ser colocado um por um para se conseguir uma boa interligação sem se perder a porosidade.


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- A camada superior da berma é constituída por duas camadas de enrocamento estendendo-se ao longo do talude, pelo menos, até ao nível médio da água do mar;

- Embora se possa usar enrocamento maior, o tamanho do enrocamento desta camada é determinado por: Hs/∆Dn50 = 2.0;

- O talude inferior e superior à berma tem 1:1.5 de inclinação;

- A largura da berma é de 3.5Hs;

- O nível da berma é 0.65Hs acima do nível de água de dimensionamento

(Sigurdarson, van der Meer, Burcharth, & Sørensen, 2007)

4.4.1 REPERFILAMENTO DE QUEBRAMARES EM BERMA PARA ONDAS COM INCIDÊNCIA NORMAL

Uma dimensão importante para os quebramares do tipo-S é a recessão previsível para a berma.

Figura 27: Extensão da recessão da berma (PIANC, 2003)

Tørum (1998) analisou a recessão tendo em conta o parâmetro adimensional Rec/Dn50 como função de H0T0, para vários ensaios em modelo reduzido de vários projectos realizados em diferentes laboratórios (Danish Hydraulic Institute (DHI) na Dinamarca, e SINTEF na Noruega) de quebramares em berma com berma homogénea. Posteriormente Menze (2000) e Tørum e Krogh (2000) adicionaram termos para ter em conta a gradação do enrocamento e a altura de água. A equação que traduz a recessão da berma é a seguinte (PIANC, 2003):

Fn�ST�� 0.0000027�� O 0.000009��8 O 0.11�� = I=9.99�8 O 23.99� = 10.5P = 9L

onde:

fg = Dn85/Dn15, factor de gradação. A equação acima indicada é válida para 1.3<fg<1.8,

fd = factor de profundidade,

Dn15 = 15% de enrocamento tem um diâmetro inferior a D15,

Dn85 = 85% de enrocamento tem um diâmetro inferior a D85.

H0T0 = número de estabilidade dinâmico.


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O factor de profundidade é definido como:

9L =0.16 � L��# O 4.0 (29)

e é válido para 12.5<d/D50<25,

onde

d = profundidade de água imediatamente a barlamar do quebramar.

Os novos perfis transversais, após a remodelação, intersectam o perfil original a uma profundidade igual a hf, Figura 27. Essa distância pode ser estimada como (PIANC, 2003):

_�� 0.2 L�� O 0.5 (30)

sendo esta expressão válida para 12.5<d/D50<25.

Menze (2000) procedeu a testes em laboratório para quebramares em berma com mais que uma camada, do tipo Islandês. O modelo utilizado foi o modelo do quebramar em berma em Sirevåg na Noruega, embora os resultados apenas tenham sido analisados de um ponto de vista geral.

O quebramar em berma do tipo Islandês permite um uso mais racional de todo o enrocamento proveniente da pedreira do que o quebramar em berma homogénea, tipo-S. A regressão adimensional da berma dos quebramares do tipo Islandês é maior do que nos quebramares tipo-S quando o Dn50 para o enrocamento maior é usado para o cálculo de H0T0 e Rec/Dn50. Ainda não foi desenvolvida uma equação para a recessão da berma deste tipo de quebramar mas os resultados obtidos por Menze (2000) indicam que a recessão vai ser maior para o quebramar do tipo Islandês do que para o quebramar com uma só camada homogénea, desde que a camada superior do manto seja executada com enrocamento com a mesma gradação.

4.4.2 TRANSPORTE LONGITUDINAL PARA ONDAS OBLÍQUAS

O número de estabilidade, Ns, caracteriza a acção da onda apenas pela sua altura. Ahrens (1975), van der Meer (1998), Vrijling et al. (1991) e van der Meer e Veldman (1992) mostraram a relevância do período de onda na estabilidade do talude e nos movimentos do enrocamento, particularmente quando estão envolvidos movimentos horizontais. Propuseram então um índice de mobilidade Ns* que está relacionado com H0T0 por (PIANC, 2003):

�� ,-8 �⁄ B2H IRG�P⁄ √2HR�,-�� 8⁄ (31)


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4.4.3 ESTABILIDADE DO TALUDE DE SOTAMAR

Van der Meer e Veldman (1992) após vários ensaios em modelo reduzido propõem a seguinte regra para a estabilidade do talude de sotamar, regra essa que está intimamente ligada à cota de coroamento, Rc (Figura 28) (PIANC, 2003):

@A�� . G�� 0.25 início dos danos,

@A�� . G�� 0.21 danos moderados,

@A�� . G�� 0.17 danos severos.

Um menor valor de F+/�-. G��/� significa que irá ocorrer um maior galgamento da estrutura, logo sofrerá mais danos. Aumentar ambos os termos (cota de coroamento e declividade de onda) conduz a um aumento no galgamento e consequentemente dos danos sofridos pela estrutura.

Figura 28: Definição do parâmetro Rc (PIANC, 2003)

4.4.4 ESTABILIDADE DA CABEÇA DO QUEBRAMAR

A cabeça do quebramar é a secção mais vulnerável desta estrutura e deve ter-se um especial cuidado no seu dimensionamento no sentido de evitar severos danos. No caso de um quebramar em berma com capacidade para se remodelar, o enrocamento da cabeça do quebramar não deve ser transportado para a área a sotamar da cabeça do quebramar para não bloquear o canal de acesso dos navios.

Estudos em modelo reduzido e a observação de quebramares em berma já construídos mostram que não haverá movimentos significativos de enrocamento se a cabeça do quebramar em berma for dimensionada como um quebramar em berma estaticamente estável sendo H0<2.7 e H0T0<70.


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4.4.5 PROTECÇÃO EM RELAÇÃO ÀS CORRENTES MARÍTIMAS

As correntes marítimas podem ser uma ameaça à estabilidade dos quebramares. Provocam a erosão dos materiais mais finos da base da estrutura e podem provocar ruptura na base tal como o desmoronamento do manto resistente. Num quebramar em berma, a corrente pode ocorrer ao longo do lado de barlamar e ao longo da cabeça.

A protecção contra a acção da corrente deve ser acautelada nos quebramares em berma se estes forem construídos sobre areia. Essa protecção é constituída por uma risberma evidenciada na Figura 29.

Figura 29: Características da risberma (PIANC, 2003)

Visto não haver uma fórmula de cálculo da risberma para quebramares em berma, propõe-se o uso da fórmula proposta por Aminti e Lamberti (1996) que é aplicável a quebramares de taludes (PIANC, 2003):

�� 1.1 O 3.3G) O 0.15 _��# ,KL�.8 (32)

onde:

sm = declividade da onda, baseada em Hs e Tz

ht = profundidade da risberma (Figura 29)

Nod = número de blocos removidos da estrutura numa faixa com a largura Dn50

Van Meulen et al (1996) definiu o seguinte critério para Nod no caso de pés de taludes de quebramares (PIANC, 2003):

Nod = 0.5: Início dos danos

Nod = 1.0: Danos aceitáveis

Nod = 4.0: Danos severos


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O manto resistente de um quebramar em berma é constituído por enrocamento. Para enrocamento com o mesmo valor de Dn50, tanto a gradação relativa como a fracção dos blocos de maior peso, influenciam a remodelação de quebramares dinamicamente estáveis.

Uma maior gradação do enrocamento aumenta a capacidade da berma do manto resistente se remodelar.


Tal como indica o próprio princípio de reformulação da berma, o perfil transversal de um quebramar em berma não entra em ruptura, reperfila-se. No entanto pode ocorrer a regressão do perfil longitudinal

4.7 MÉTODOS CONSTRUTIVOS

Uma das vantagens apontadas para os quebramares em berma comparativamente aos quebramares de taludes convencionais é a sua maior tolerância aceitável. Essas tolerâncias são relativas, tanto em relação à gradação do enrocamento como à precisão da colocação do enrocamento. Como consequência, os métodos construtivos são geralmente mais simples nos quebramares em berma o que pode levar a substanciais poupanças se comparados com quebramares de taludes convencionais.

Como o sucesso do quebramar em berma depende em grande parte da porosidade da estrutura, é imperativo eliminar ao máximo o enrocamento mais pequeno que o mínimo requerido para atingir a gradação. Este processo é de difícil execução e algum do material mais pequeno irá inevitavelmente entrar na berma.

Um quebramar em berma pode ser construído usando equipamento que está geralmente mais disponível e menos especializado comparativamente ao equipamento usado na construção de quebramares de taludes convencionais.

O equipamento mais usual consiste em duas ou mais retroescavadoras, uma ou mais pás carregadores e vários camiões ou “dumpers” dependendo da distância à pedreira e do tamanho do quebramar. O enrocamento pode também ser lançado de batelões. Normalmente são usados batelões de descarga pelo fundo.

Em geral, não é preciso um cuidado especial para a colocação de enrocamento submerso. O talude frontal é muito íngreme e o enrocamento pode ser colocado usando retroescavadoras ou gruas. Estas últimas vão aumentar o custo da obra. No entanto deve haver um cuidado na colocação do enrocamento no sentido de não ocorrer o quebramento das pedras devido ao impacto.

O risco durante a construção é também muito mais baixo e as reparações são mais fáceis de executar nos quebramares em berma do que nos quebramares convencionais porque a tecnologia da sua construção é muito mais simples e exige meios técnicos menos sofisticados.


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A experiência demonstra que a colocação de enrocamento de várias classes apenas encarece um pouco a obra comparativamente à vantagem da utilização de todo o material da pedreira o que irá reduzir os custos totais.

O controlo de colocação de enrocamento em cada camada é feito por levantamentos topo-hidrográficos.

É aceitável o uso de material proveniente de dragagens para a construção do núcleo.

É necessária a monitorização constante da estrutura. As secções têm que ser medidas no fim da execução de cada camada, o enrocamento deve ser pesado e tem que haver um controlo visual da forma da estrutura. Isto é necessário para que o quebramar construído tenha secções iguais às do quebramar projectado.

4.8 EXPERIÊNCIA EM QUEBRAMARES EM BERMA

De acordo com Sigurdarson et al. (2001), no total, foram construídos perto de 60 quebramares em berma por todo o mundo.

O Quadro 9 mostra uma relação de Países onde os quebramares em berma foram construídos. Segundo o referido autor, estes quebramares desempenharam bem o seu papel não havendo danos de maior a registar. Ainda segundo esse autor um quebramar em berma é considerado um quebramar de taludes muito resistente enquanto os quebramares de taludes convencionais são considerados mais vulneráveis.

Pais Número de quebramares em berma construídos

Ano de construção do primeiro quebramar em berma

Islândia 27 1984 Canadá 5 1984 E.U.A. 4 1984

Austrália 4 1986 Brasil 2 1990

Noruega 4 1991 Dinamarca (Ilhas Faroe) 1 1992

Irão 8 1996 Portugal 2 1996

China (Hong Kong) 1 1999 Total 58

Quadro 9: Experiência em quebramares em berma (PIANC, 2003)


45


Inventariaram-se dois exemplos da aplicação deste tipo de quebramar em território nacional.

Quebramar do aeroporto da Madeira – Anexo 1 (ficha 33)

Quebramar da base das Lajes, Praia da vitória - Ilha Terceira – Anexo 1 (ficha 26)

4.10 APLICAÇÕES DESTE TIPO DE QUEBRAMAR A NÍVEL INTERNACIONAL

Apresentam-se alguns exemplos da aplicação deste tipo de quebramar a nível internacional.

Quebramar do porto de Badalona – Espanha (Mar Mediterrâneo) – Anexo 1 (ficha 24)

Quebramar do porto de Pecém – Brasil – Anexo 1 (ficha 25)

Quebramar do porto de Keilisnes – Islândia – Anexo 1 (ficha 34)

Quebramar da central de Hammerfest LNG – Noruega – Anexo 1 (ficha 32)

Quebramar do porto de Laukvik - Noruega – Anexo 1 (ficha 64)

Quebramar do porto de Sirevåg - Noruega – Anexo 1 (ficha 31)

Quebramar do porto de Bolungarvik - Islândia – Anexo 1 (ficha 30)

Quebramar do porto de Blondous - Islândia – Anexo 1 (ficha 29)

Quebramar do porto de Helguvik - Islândia – Anexo 1 (ficha 28)

Quebramar do porto de Arviksand – Islândia – Anexo 1 (ficha 27)


Constituí um ponto forte o uso de blocos de enrocamento com dimensões mais pequenas relativamente aos blocos de um manto resistente do quebramar de taludes, o que possibilita a optimização da exploração da pedreira sendo possível o uso de todas as dimensões de rocha, podendo mesmo proceder-se ao uso de rocha com uma menor qualidade.

A estrutura pode ser construída usando métodos mais simples, utilizando apenas meios terrestres, o que diminuí o custo da obra.

Se as condições de projecto forem ultrapassadas o quebramar não sofre ruptura abrupta, sendo bastante provável que apenas ocorram danos insignificantes ou o reperfilamento do perfil para um perfil em “S”. Esta é uma característica muito importante à luz da variabilidade climática e das possíveis alterações climáticas.


46

A experiência demonstra que quebramares em berma parcialmente completos que sofram a acção de uma tempestade funcionam bem sendo a reparação destes muito mais fácil de executar do que nos quebramares de taludes convencionais.

Considerando que a dimensão dos blocos de enrocamento usado será menor nos quebramares em berma do que nos quebramares tradicionais, será possível o uso de equipamentos convencionais do empreiteiro em vez de equipamentos especiais.

É previsível a não ocorrência de ruptura abrupta quando excedidas as condições de dimensionamento e talvez mesmo ocorrência de danos insignificantes.


O processo de remodelação da berma do quebramar pode levar à excessiva ruptura e abrasão de blocos individuais de enrocamento no quebramar em berma.

A abrasão da pedra, se esta não tiver qualidade suficiente, irá diminuir a resistência do quebramar.

A berma pode ocupar uma grande extensão.

Há necessidade da disponibilidade de grandes volumes de enrocamento.

Existe dificuldade de execução em mares com níveis energéticos “muito” elevados.

Ocorrerá regressão do perfil longitudinal se houver um subdimensionamento da estrutura.

As ondas com direcção oblíqua ao quebramar podem iniciar o transporte de enrocamento longitudinalmente ao quebramar em berma. Para evitar a ruptura devida a esse transporte de enrocamento, os quebramares em berma têm de ser inspeccionados e, se necessário, reparados.


47

5 5 QUEBRAMAR DE TALUDES COM QUEBRAMAR SUBMERSO

(TANDEM BREAKWATER )

5.1 PERFIL TIPO

+4.00

ENR. até 4t1/1

-17.00

-20.00

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-14.00

BLOCOS : ~90t

2/1

-7.007.00

4/1 4/1

2/1

-6.00

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

-8.00

2/1

4/1

+7.254/3

TETRAPOD

ES 40t

-8.00

ENR.> 3t

+1.00

ENR.> 1.5t

+6.30

+3.50

2/1

TOT

+3.50

TOT

-1.00

TOT

+15.00

+11.50

-5.00

ENR.> 0.5t

-10.00

ENR. até 4t

-7.00

3/2

ENR.> 3t

5/4

Figura 30: Quebramar de taludes com quebramar submerso no porto de Leixões (Veloso Gomes et al. 2006)

5.2 INTRODUÇÃO

Uma solução alternativa consiste num perfil composto que resulta da combinação entre um quebramar convencional de taludes e um quebramar submerso.

A construção de um quebramar composto poderá ser, em situações com baixos níveis de energia, mais económica do que a construção de quebramar convencional dimensionado para os mesmos critérios. Devido ao comportamento limitador de profundidade do quebramar submerso, provocando assim a rebentação da onda, o perfil composto possui um menor risco para o dimensionamento para eventos extremos do que o quebramar de taludes convencional (Cox et al., 1991). No entanto, em zonas muito energéticas, como é o caso da costa Oeste de Portugal continental, estudos realizados revelam que esta solução pode tornar-se muito onerosa (Veloso Gomes et al. 2006) embora muito eficiente em termos de estabilidade e galgamento.

Este quebramar é uma evolução da solução de quebramar em berma dinamicamente estável. A ruptura de estruturas não galgáveis ocorre essencialmente perto da linha de água. O material transportado


48

“talude abaixo” forma o que é a essência de uma berma em “S”. As ondas quebram na base da berma em “S” e propagam-se pela estrutura até perderam toda a energia por espraiamento. O quebramar composto nasceu após se considerar que o material que constituí o “S” é excessivo e que podia ser removido com pouco impacto negativo sobre o comportamento da estrutura. Assim resultou um quebramar misto com uma estrutura submersa e um quebramar principal para sotamar deste.

A Figura 31 mostra a evolução desde o perfil de um quebramar de taludes simples até ao quebramar de perfil composto ou misto.

Figura 31: Evolução de quebramar de taludes para quebramar de taludes com quebramar submerso

(Cox et al., 1991)


49


A dissipação de energia ocorre por rebentação da ondulação no quebramar submerso e por espraiamento no quebramar principal.


Existe um compromisso de minoração de custos entre a altura do quebramar submerso e a do quebramar principal. No quebramar principal considera-se que a onda quando incide já está rebentada. O quebramar submerso terá a mínima altura para que a onda rebente.

O cálculo inicial da estabilidade dos blocos do manto resistente de ambos os quebramares pode ser realizado utilizando qualquer uma das formulações utilizadas no dimensionamento de blocos para o manto resistente de quebramar de taludes.

A distância entre o quebramar de taludes e o quebramar submerso é de extrema importância no estudo do galgamento da estrutura principal

Para o dimensionamento deste tipo de quebramar é necessário proceder a ensaios em modelo reduzido, alterando iterativamente o perfil.


Ambos os quebramares podem ter um manto resistente constituído por enrocamento ou por blocos de betão. A opção por um tipo de bloco para o manto resistente de um dos quebramares não implica que o manto resistente do outro quebramar seja executado com o mesmo tipo de bloco.


Os modos de ruptura em ambos os quebramares são similares aos modos de ruptura de um quebramar de taludes. Pode também ocorrer o arrastamento do manto protector do quebramar submerso.


Existe uma aplicação deste tipo de quebramar em território português. A parte final do quebramar Norte do Porto de Leixões, ou seja, a zona da cabeça, tem como perfil transversal um quebramar composto – Anexo 1 (ficha 48).

Admite-se ser uma boa solução o prolongamento deste quebramar composto a todo o quebramar Norte do porto de Leixões (Veloso Gomes et al. 2006)


50


A nível internacional indica-se o quebramar de Hammond Indiana– E.U.A. – Anexo 1 (ficha 35)


Grande eficácia hidráulica e estrutural.

Custos menos elevados em zonas pouco energéticas.

Menor risco no dimensionamento

Criação de uma zona entre os dois quebramares que funciona como uma câmara dissipadora de energia.

A altura de coroamento do quebramar principal pode diminuir pela consideração de onda já rebentada.

Criação de uma nova área para possível habitat piscícola.

Redução do galgamento.


O quebramar composto pode nem sempre ser a solução mais económica pois o custo de execução das secções está muito relacionada com o preço dos materiais e a profundidade de água.

Em zonas muito energéticas, os custos de execução da solução podem revelar-se muito elevados.

Se não sinalizado, pode constituir perigo para a navegação.


51

6 6 QUEBRAMAR VERTICAL OU MISTO

(VERTICAL OR COMPOSITE BREAKWATER )

6.1 INTRODUÇÃO

Um quebramar vertical consiste numa estrutura vertical (caixões ou caixotões, aduelas, blocos pré-fabricados, betão ou betão ciclópico maciço) assente em rocha.

Um quebramar misto típico consiste num quebramar vertical composto por caixões assentes num quebramar de taludes simples.

Os quebramares verticais são um tipo estrutural de quebramar utilizado desde o tempo dos Romanos e até mesmo antes.

Para uma maior economia é essencial optimizar o compromisso entre a altura do caixão, a sua largura, o seu enchimento e a largura da berma do maciço de fundação.

6.2 PERFIL TIPO

Figura 32: Quebramar misto - perfil tipo (Taveira Pinto, 2000)


52


Até determinada altura de onda, a dissipação de um quebramar misto é análoga à de um quebramar de parede vertical sendo a onda reflectida para o largo sem rebentação. Para alturas de onda superiores, ao provocar a rebentação, funciona em parte como quebramar de talude e em parte como quebramar de parede vertical.


6.4.1 ONDULAÇÃO

Pode-se considerar três tipos de ondas que podem atingir o paramento vertical:

a) Ondas não rebentadas (non-breaking wave); b) Ondas em rebentação mergulhante, com frente de onda quase vertical (breaking waves with

almost vertical fronts); c) Ondas em rebentação mergulhante, que formam uma bolsa de ar entre a onda e o paramento

(breaking waves with large air pockets).

A Figura 33 mostra os vários tipos de ondas que podem incidir sobre a estrutura.


53

Figura 33: Tipo de rebentação (Coastal Engineering Manual, 2006)

a) Ondas não rebentadas: este tipo de onda não aprisiona uma bolsa de ar entre a onda e a parede. A pressão na parede tem uma pequena variação no tempo e varia quase em fase com a elevação da onda. O tipo de acção que este tipo de onda exerce no paramento vertical é do tipo pulsatório porque o período é muito maior que o período natural da estrutura. A acção da onda no paramento pode ser tratada como se fosse uma acção estática.

b) Ondas em rebentação mergulhante, com frente de onda quase vertical: ondas que quebram de uma forma mergulhante desenvolvendo uma frente vertical mesmo antes de se curvarem. Se esta frente quase vertical ocorrer no instante anterior em que onda atinge a estrutura, são geradas pressões muito elevadas com durações muito curtas.

c) Ondas em rebentação mergulhante, que formam uma bolsa de ar entre a onda e o paramento: se uma grande quantidade de ar fica aprisionada numa bolsa, ocorrem dois picos de pressão, seguidos por pronunciadas oscilações da força. O primeiro grande pico é provocado pela onda ao atingir o paramento e o segundo é provocado pela máxima compressão da bolsa de ar.

Existem dois métodos para se proceder ao pré-dimensionamento de um quebramar misto, o método de Goda (1974) para ondas irregulares e o método de Minikin (CERC 1984). Para pré-dimensionar as alternativas, em quebramar misto, será usado o método de Goda. Este método define as maiores forças, provocadas por ondas em rebentação, em termos de um dimensionamento pseudo-estático.


54

A tabela VI-5-53 do Coastal Engineering Manual (2006) apresenta o método de Goda para ondas irregulares (1974).

Este método, baseado em ensaios em modelo reduzido, tem os seguintes pressupostos:

• o dimensionamento é feito para a maior onda que pode atingir a estrutura, • Hd é estimada a uma distância de 5Hs a barlamar do quebramar, • hb = profundidade de água a uma distância de 5Hs a barlamar do quebramar, • d = profundidade de água em frente ao pé do talude, • k é calculado em hb usando Ts=1.1Tm (onde Tm é o período de onda médio),

8 Dr e ¡� � ¢V8 D

• o método foi modificado para incorporar um modelo de ondas aleatórias que rebentam sobre o quebramar,

• assume um diagrama trapezoidal para a distribuição das pressões ao longo do lado de barlamar do quebramar,

• as forças de direcção vertical com sentido ascendente são consideradas triangulares.

Figura 34: Descrição dos parâmetros de cálculo (Coastal Engineering Manual, 2006)

• a altura para a qual existiria a pressão da água se a estrutura fosse de altura infinita é calculada por: £� 0.75 �1 O cos �� L (33)

sendo: β a direcção das ondas tendo como referencial a normal do quebramar (para as ondas com direcção normal ao quebramar β=0)


55

• a pressão exercida no paramento vertical avalia-se calculando os valores: ¤� 0.5 �1 O cos �� ¥� O ¥� cos8 �� ¦§ lg (34)

¤8 ¨�1 = _A©�# ¤� 0

b ,��«� ©�¬_A ,��«� ©�_A (35)

¤� ¥� ¤� (36)

• os impulsos verticais são avaliados a partir de: ¤® 0.5 �1 O cos �� ¥� ¥� ¦§ l �L (37)

• α1: associado ao efeito do período de onda na distribuição de pressões

¥� 0.6 O 0.5 � 8 ¯ Lstuv�8 ¯ L�# (38)

com um mínimo de 0.6 (águas profundas) e um máximo de 1.1(baixas profundidades)

• ¥�: associado ao aumento na pressão de água devido à diminuição de altura de água ¥� hf°±¥² , ¥8³ (39)

¥8 min ·_`"Lq� _` ��Lq #8 , 8 Lq�� ¸ (40)

• ¥�: associado à distribuição linear de pressões

¥� 1 = _!"_AL �1 = �$%sv�¯ L�# (41)

¥² ¥²�. ¥²� (42)

¥²� ¹��Lx 2.0 ,��«� º�� 8,��«� º��x ¬8b (43)

¥²� ¨ $%s »V$%sv »��$%sv »�.�$%sv »V�� V[b ,»V� ,»V¬� (44)


56

¼� ¨20. ¼��15. ¼��

,»�� ,»��¬� b (45)

¼�� 0.93 �½Cr = 0.12# O 0.36 �L"LqL = 0.6# (46)

¼8 a4.9 ¼883 ¼88

,»VV� ,»VV¬�b (47)

¼88 =0.36 �½Cr = 0.12# O 0.93 �L"LqL = 0.6# (48)

Tanimoto et al. (1976) adicionaram a estas fórmulas factores de modificação da estrutura (λ1, λ2, λ3) que, para um paramento vertical são iguais a 1 (λ1= λ2=λ3=1).

£� 0.75 �1 O cos �� λ� �L (49)

¤� 0.5 �1 O cos �� λ�¥� O λ8 ¥� cos8 �� ¦§ l �L (50)

¤8 ¨�1 = _A©�# ¤� 0

b ,��«� ©�¬_A ,��«� ©�¬_A (51)

¤� ¥� ¤� (52)

¤® 0.5 �1 O cos �� λ� ¥� ¥� ¦§ l �L (53)

Takahashi et al. (1990), actualizaram os factores de modificação da estrutura (λ1, λ2, λ3) para o dimensionamento de uma parede vertical protegida por um talude.


57

Figura 35: Parâmetros de cálculo para um quebramar misto com paramento protector (Coastal Engineering

Manual, 2006)

λ1, λ2 e λ3 no método de Goda são então modificados para:

¿� ¿� a 1.01.2 = 0.67 ��L �-⁄ �0.8 b ,�� ⁄ À�.� ,�.�� ⁄ �.],�� ⁄ ¬�.] (54)

¿8 0 (55)

6.4.2 CÁLCULO DE FORÇAS E MOMENTOS

O cálculo das forças será efectuado por metro linear de comprimento do quebramar. O somatório das forças horizontais, FH, o somatório das forças verticais, FU e o peso reduzido da estrutura vertical devido à impulsão, FG, podem ser calculados pelas equações de Goda e Takahashi como se segue:

Á� ÂÃº Ä�8 �¤� O ¤8��+ O �8 �¤� O ¤��ÅÆ (56)

ÁÇ ÂÃÈ . �8 ¤®. � (57)

ÁÉ ¦+ . l. �. �§ = ¦§ . Ê. �. �Å (58)

onde:

ρc massa volúmica do material constituinte da estrutura

ρw massa volúmica da água

UFH 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


58

h’ altura da parte submersa da estrutura

B largura da estrutura

os correspondentes momentos no vértice da base da estrutura no lado de sotamar são traduzidos por:

�� ÂËº Ä�] �2¤� O ¤��Å8 O �8 �¤� O ¤8��q. �+ O �] �¤� O 2¤8��+8Æ (59)

�Ç ÂËÈ . �� ¤®. �8 (60)

�É �8 �8l�¦+�§ = ¦§�Å� (61)

onde: ÂËº factor de correcção de erros sistemáticos e de erros de incerteza relacionados com o momento

das forças horizontais ÂËÈ factor de correcção de erros sistemáticos e de erros de incerteza relacionados com o momento

das forças verticais

A tabela VI-5-53 do CEM (2006) (Quadro 10) indica quais os valores médios para os factores de correcção dos erros sistemáticos e de incerteza

Quadro 10: Valores médios dos factores de correcção dos erros sistemáticos e de incerteza (Coastal Engineering

Manual, 2006)

Variável estocática

Xi

Valor médio µxi

sem testes em modelo com testes em modelo Desvio padrão

σxi

σxiµxi %

Desvio padrão σxi

σxiµxi %

UFH 0.90 0.25 0.22 0.05 0.055 UFU 0.77 0.25 0.32 0.05 0.065 UMH 0.81 0.40 0.49 0.10 0.12 UMU 0.72 0.37 0.51 0.10 0.14


59

6.4.3 VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE DA ESTRUTURA

Figura 36: Forças actuantes no caixão (Coastal Engineering Manual, 2006)

6.4.3.1 Escorregamento:

A estabilidade contra o escorregamento entre o caixão e a fundação requer:

�ÁÉ = ÁÇ� tan η Ð Á� Á� (62)

onde:

η ângulo de atrito entre a superfície do caixão e a fundação

betão/betão η = 33º

betão pré-fabricado/enrocamento η = 27º

betão in situ/enrocamento η = 40º

FS factor de segurança; tradicionalmente, o factor de segurança global para um dimensionamento determinístico tendo em conta o escorregamento situa-se no intervalo entre 1.2 e 1.5.

6.4.3.2 Rotação da estrutura sobre a aresta inferior de sotamar

A estabilidade contra a rotação do caixão requer:

�ÃÑ Ð Á� I�ÃÈ O �ÃºP (63)


60

sendo FS o factor de segurança, tradicionalmente de valor 1.5 podendo, no entanto, ser menor desde que seja superior a 1.2.

6.4.4 DIMENSIONAMENTO DO MANTO PROTECTOR DO QUEBRAMAR DE TALUDES DE FUNDAÇÃO COMO

PROTECÇÃO CONTRA AS CORRENTES

Madrigal e Valdés (1995) propõem que o manto resistente da base de fundação seja dimensionado pela seguinte equação:

,- �� 5.8 LxL = 0.6# (62)

onde:

d’ profundidade do coroamento do manto resistente de fundação (figura 34)

d cota dos fundos em frente ao manto de fundação

Nod Número de blocos deslocados numa faixa com a largura de Dn50

,KL a0.525 icí�ie geG gfceGgfceG f�nijáoniGgfceG GnonpeG b

Esta expressão é válida para:

mantos protectores da berma formados por duas camadas de enrocamento,

0.5 < d’/d < 0.8,

7.5 < d’/Dn50 < 17.5,

0.3 < Bm/d <0.55.

A largura da berma, Bm, é calculada através de: �) 0.4 g (63)


O manto resistente da base de fundação de um quebramar misto pode ser constituído por enrocamento, blocos de betão ou ambos. Pode ainda existir um manto protector da parede vertical constituído por blocos de betão.


61


Figura 37: Quebramar misto: modos de ruptura (Castillo et al., 2006)

a) Estado de repouso; b) Ruptura por escorregamento entre o caixão e a fundação; c) Ruptura por falta de capacidade da fundação de resistência à rotação;


62

d) Ruptura da fundação e) Ruptura da fundação por deslizamento ao longo do subsolo de areia; f) Ruptura por assentamento; g) Ruptura por galgamento; h) Ruptura por instabilidade do manto protector da fundação.


Em Portugal esta solução foi aplicada nos seguintes quebramares:

Quebramar do porto do Caniçal – Madeira – Anexo 1 (ficha 36)

Quebramar do porto da Póvoa de Varzim – Anexo 1 (ficha 49)

Quebramar Norte dos Molhes do Douro - Anexo 1 (ficha 66)

Os quebramares inicialmente construídos nos portos das Ilhas dos Arquipélagos dos Açores e da Madeira eram quebramares verticais. A sua secção transversal foi alterada com a extensão do comprimento dos quebramares. Existem inúmeros quebramares verticais em pequenos portos e portinhos dessas ilhas.


Apresentam-se alguns exemplos da aplicação deste tipo de quebramar a nível internacional.

Quebramar Este do porto de Yokohama - Japão – Anexo 1 (ficha 37)

Quebramar Norte do porto de Otaru – Japão – Anexo 1 (ficha 38)

Quebramar da ilha do porto de Otaru - Japão – Anexo 1 (ficha 39)

Quebramar do porto de Onahama - Japão – Anexo 1 (ficha 40)

Quebramar exterior do porto de Yokohama - Japão – Anexo 1 (ficha 41)

Quebramar Oeste do porto Norte de Wakayama - Japão – Anexo 1 (ficha 42)

Quebramar Tsunami do porto de Ofunato - Japão – Anexo 1 (ficha 43)

Quebramar do porto de Hosojima - Japão – Anexo 1 (ficha 44)

Quebramar “offshore” do porto de Onahama - Japão – Anexo 1 (ficha 45)

Quebramar destacado Sul do porto de Hososhima - Japão – Anexo 1 (ficha 46)

Quebramar Norte de Sakata – Japão – Anexo 1 (ficha 59)

Quebramar Norte de Naha – Japão – Anexo 1 (ficha 60)

Quebramar de Hachinohe First Centre – Japão – Anexo 1 (ficha 61)


63


Poderá ser uma solução económica e resistente em águas profundas.

Baixa manutenção.

Tempo de execução e instalação reduzido.

Menores impactes ambientais durante a construção.

Maior segurança ao galgamento.


Possibilidade de ruptura da fundação para agitação muito energética.

Ruína abrupta se a acção actuante exceder determinado valor.

Difícil reparação.


65

7 7 CASO DE ESTUDO: PROLONGAMENTO DO QUEBRAMAR (MOLHE) NORTE DO PORTO DA

FIGUEIRA DA FOZ

7.1 LOCALIZAÇÃO

O porto da Figueira da Foz situa-se na costa Oeste de Portugal Continental, na embocadura do rio Mondego, na zona periférica da cidade da Figueira da Foz conforme mostra a Figura 38.

Figura 38: Embocadura do rio Mondego (CPTP)


66

7.2 DADOS DE PROJECTO

Os dados de projecto que se indicam em baixo são os que foram utilizados no projecto de execução do prolongamento do molhe Norte do porto da Figueira da Foz (IPTM, PROMAN, 2006).

Amplitude de maré: 3.9 m

Período de onda: 13 s < T < 18 s

Profundidades máximas: 11 m < d < 13 m

Altura de onda de projecto: Hd = 9 m

Cotas de fundação: talude interior: - 8.0 mZH

talude exterior: - 12.0 mZH

Cota de coroamento: + 7.5 mZH

Superestrutura: blocos de betão in situ com 8.0 m de largura e 3.5 m de altura

Talude: cot θ = 1.5

7.2.1 ESTIMATIVA DA TEMPESTADE DE PROJECTO

A profundidade máxima a que, após o prolongamento, se encontrará o perfil e segundo o levantamento topográfico e o perfil longitudinal presentes no desenho 2051-1.10-003 do projecto de execução do prolongamento do molhe Norte do porto da Figueira da Foz é de 14.9 m (cota –11.0 mZH). Assim sendo, a onda máxima fisicamente possível a essa profundidade é de 14.9x0.78 = 11.6m

Admitindo válida a distribuição de Rayleigh, sendo Hmax=11.6 e considerando uma tempestade com

1000 ondas, a altura de onda significativa, é igual a: �- ��.]�.1] 6.2 h e a altura de onda média do

décimo superior das alturas de onda mais altas é igual a ��/�� 1.28�- 7.98 h.

A altura de onda de projecto, Hd, foi considerada no projecto de execução igual a 9 m. Observa-se que poderá haver um sobredimensionamento da estrutura usando este valor. Este valor pode ter sido considerado devido à consideração do efeito da onda reflectida na energia de onda final que solicitará o quebramar.

Para a comparação entre soluções ser válida a altura de onda de projecto será igual à do projecto de execução, ou seja,

Hd = 9 m


67

O número de ondas que atingem a estrutura durante um temporal é um dado fundamental para o cálculo da estabilidade hidráulica da estrutura pela fórmula de van der Meer quando o manto é constituído por enrocamento, blocos Antifer ou por Tetrápodes. Este dado revela-se omisso no projecto de execução do prolongamento do molhe Norte do porto da Figueira da Foz.

Assim, procedeu-se a um estudo que, embora possa ser meramente académico, procura estimar o número de ondas que atingem a estrutura durante uma tempestade, Nz. A Figura 39 mostra a relação entre o número de onda e o peso dos blocos cúbicos Antifer para uma tempestade com altura de onda significativa, Hs, de 9 metros, um nível de danos, Nod, de 0.5, um talude com cot θ=1.5 e um comprimento de onda, associado a um período de 18 segundos, de 516 metros.

O gráfico pode ser aproximado, com um coeficiente de correlação de 0.999, pela seguinte equação:

z =4 � 10"��,�M O 9 � 10"�,�� = 7 � 10"�,�8 O 0.289,� O 253.4

Figura 39: Variação do peso dos blocos cúbicos Antifer em função do número de ondas

Exercício análogo pode ser feito comparando o número de ondas, Nz, com o coeficiente de estabilidade da fórmula de Hudson, KD. Assim sendo, compararam-se as duas fórmulas igualando o valor de Dn50 obtido em cada uma delas. O resultado dessa análise pode ser observado na Figura 40 a qual evidencia a variação de KD em função do número de ondas:

350

450

550

650

750

850

950

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Pe

so d

os

blo

cos,

W (

kN)

Número de ondas, Nz


68

Figura 40: Variação de KD em função do número de ondas

Para um número de ondas igual a 7500, que é o valor limite na fórmula de van der Meer para além do qual se atinge o equilíbrio, o valor de KD para o qual o peso dos blocos é comparável é de 5.5. Ou seja, é um valor menos conservativo.

Através desta análise e por comparação da fórmula de Hudson com a fórmula de van der Meer, aplicadas a um manto resistente constituído por duas camadas de cubos modificados do tipo Antifer, e com o coeficiente de estabilidade da fórmula de Hudson, KD, igual a 9 admite-se que o número de ondas de projecto será de:

Nz = 1318 ondas

É de notar que estes valores só são válidos para a tempestade referida acima. Como existem vários factores que influenciam estes resultados, basta haver a alteração da altura de onda ou do período de onda para que estes valores deixem de ser válidos.

7.3 ALTERNATIVAS À IMPLANTAÇÃO E AO PERFIL LONGITUDINAL

A primeira fase da elaboração de um projecto onde vão ser dimensionadas alternativas a um quebramar pré-existente consiste na análise da implantação e dos correspondentes perfis longitudinais do mesmo quebramar. Porém, antes mesmo de se equacionar as alternativas ao perfil longitudinal, terá que se dimensionar o canal de navegação.

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Val

ore

s d

e K

D

Número de ondas, Nz


69

7.3.1 DIMENSIONAMENTO DO CANAL DE NAVEGAÇÃO

Presentemente, o canal de navegação de acesso ao porto da Figueira da Foz é aproximadamente rectilíneo. Com a alteração do perfil longitudinal do molhe Norte deste porto terá também que ocorrer uma alteração do canal de acesso. A opção mais viável a adoptar para este novo canal de acesso será a que adopta uma entrada proveniente de Sudoeste. Assim sendo, tentar-se-á dimensionar um canal que consiste num arco de circunferência que se inicia na direcção Sudoeste e que termina alinhado com o canal actual.

Os dois principais parâmetros que caracterizam um canal de navegação deste tipo são a largura e o raio de curvatura do canal.

O navio de projecto é um navio com as seguintes características geométricas,

Largura do navio: b = 16.5 m

Comprimento fora-a-fora: Lff = 139 m

Calado: D = 6.5 m

7.3.1.1 Dimensionamento da largura de rasto

A largura de rasto de um canal, considerando que a navegação se faz à vez, ou seja, que só navega um navio de cada vez no canal, é calculada pela seguinte equação (PIANC e IAHP, 1997):

Ô Ô½Ë O Õ Ô:T

:Ö� O Ô½« O Ô½�

A largura básica da faixa de navegação, wBM, considerando que o navio de projecto tem uma capacidade de manobra moderada, é igual a 1.5 b.

Na hipótese de via navegável exposta à agitação marítima considerou-se que o navio poderá circular a velocidades moderadas, da ordem dos 8 a 12 nós.

De seguida descrevem-se os valores das várias larguras adicionais wi:


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a) velocidade do navio (nós) 0.0 b b) vento transversal (moderado, 15 a 33 nós) 0.4 b c) correntes transversais (moderadas, 0.5 a 1.5 nós) 0.7 b d) correntes longitudinais (fortes, >3 nós) 0.2 b e) altura de onda significativa (Hs > 3m e L > Lff) 2.2 b f) ajudas à navegação (fraca visibilidade frequente) 0.5 b g) natureza dos fundos (d > 1.5 D e fundos duros e irregulares) 0.2 b h) profundidade do canal (d/D ≈ 1.4) 0.1 b i) perigosidade da carga transportada (média) 0.5 b

Σ wi 4.8 b

As larguras wBr e wBg, até à margem dos taludes do canal, para navios circulando a velocidades moderadas são ambas iguais a 1.0 b.

Assim sendo a largura mínima de rasto é igual a 8.3 b.

Os valores obtidos são os mesmos do projecto de execução. Considerou-se então, no presente trabalho, que a largura do canal será a mesma do projecto de execução, ou seja, na embocadura do canal igual a 140m convergindo para o canal actual, ou seja, convergindo para os 120m.

7.3.1.2 Dimensionamento de canal alternativo

O canal proposto no projecto de execução é composto por três troços rectilíneos. Essa proposta aproxima o canal de navegação do molhe Sul até uma distância de 6.5m o que pode revelar-se perigoso para a estabilidade deste molhe. Numa tentativa de afastar o canal de navegação da cabeça do molhe Sul foi estudada uma solução, para o canal de acesso ao porto, em arco de circunferência.

Considerou-se que o ângulo do leme do navio será de 20º.

O raio de curvatura do canal será então:

F+�T�× 4.5 ¡ØØ 4.5 � 130 585 h

e a largura adicional do rasto do canal considerando uma secção não rectilínea será de:

Ô: 1.44 ¡T�Ù:K

Assim sendo, o canal será um arco de circunferência de raio 585m e uma largura mínima de rasto 9.74b, ou seja, 160m na entrada do canal convergindo para a largura de 120m do canal actual assim que se passe a cabeça do quebramar, estando o navio abrigado.

Esta solução, embora aumente o volume de dragagens, afastará o canal do molhe Sul para uma distância de, aproximadamente, 30m. Este incremento na distância irá aumentar a segurança do molhe Sul sem aproximar demasiadamente o canal do molhe Norte.


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7.3.2 HIPÓTESE ALTERNATIVA. SOLUÇÃO 0

A Figura 41 mostra a configuração actual (2008) dos quebramares ou molhes da barra da Figueira da Foz.

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)

Na presente configuração ocorrem principalmente dois graves problemas que afectam o porto da Figueira da Foz: o assoreamento do canal de acesso e a ocorrência de agitação marítima significativa no porto interior.

a) Uma vez que a capacidade de acumulação de areias a Norte do molhe Norte atingiu o ponto de saturação após a construção do mesmo, na década de 1960, apenas uma pequena parte do volume transportado de Norte para Sul se acumula neste local. Há que referir que uma parte do transporte sólido que circula de Norte para Sul é captada, na zona da barra, pelo interior do porto e que existe uma forte componente de transporte eólico de areias a partir da praia, também de Norte para Sul, que ultrapassa o coroamento do molhe. O resultado destes dois transportes vai ser a deposição de areias no anteporto e no canal de navegação. Actualmente, são crescentes as exigências operacionais devido à implantação de novos terminais no porto da Figueira da Foz, o que não se compadece com a situação atrás descrita.


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b) Na presente configuração, os molhes não são capazes de garantir o grau de abrigo desejável (em termos de níveis de agitação) à operacionalidade do Cais Comercial situado na margem Norte do porto. Verifica-se uma diminuição na operacionalidade dos cais e segurança dos navios chegando mesmo a ocorrer danos nas estruturas. A agitação que chega ao cais do porto provoca a oscilação de navios acostados, o que torna, com frequência, impossível a operação dos mesmos levando até ao rebentamento dos cabos de amarração e ao embate violento dos navios contra o cais.

Assim sendo torna-se premente o reajustamento das configurações dos quebramares ou “molhes” para solucionar os problemas descritos acima.

A ondulação predominante é proveniente do quadrante Norte até Oeste sendo que as tempestades mais violentas são provenientes de Oeste. O Cabo Mondego funciona como um “quebramar natural” que protege parcialmente em relação às tempestades de Noroeste.

Serão propostas três soluções que terão como objectivo a protecção do porto da Figueira da Foz, constituindo três alternativas para a protecção do canal de acesso e cais do porto. As implantações longitudinais não serão dimensionadas pois, para um correcto dimensionamento, para além dos ensaios em modelo, seria necessário proceder a estudos de impacte ambiental, nomeadamente das implicações na fisiografia costeira.


Figura 42: Alternativa 1


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A Solução 1, representada na Figura 42, é constituída por um prolongamento do molhe Norte em 400m, prolongamento esse realizado em quebramar de taludes. Esta foi a solução adoptada no projecto de execução do prolongamento do molhe Norte do porto da Figueira da Foz.

As alternativas de perfis transversais propostas e estudadas neste trabalho basear-se-ão nesta solução de implantação longitudinal.

O prolongamento do molhe Norte para Sudoeste irá impedir a entrada da ondulação proveniente de Norte até Oeste no canal de navegação. Provavelmente irá ocorrer uma acumulação de areia no extradorso do quebramar o que terá como vantagem diminuir a profundidade, diminuindo também a altura de onda máxima que pode atingir o quebramar. A acumulação de areia irá fazer aumentar a praia situada a Norte do porto, já de si muito extensa, o que se torna indesejável para os banhistas que a frequentam. Como consequência do aumento da praia, pode também aumentar o transporte eólico de areias, areias essas que se acumularão no canal de acesso ao porto provocando o assoreamento do canal. A Sul continuará ou agravar-se-á o processo erosivo já que se manterá o efeito de “barreira” exercido pelo quebramar e pelo canal de navegação, em relação ao transporte de sedimentos, de Norte para Sul.



Esta solução consiste na construção de um quebramar destacado, posicionado a Oeste do canal de navegação e a uma distância tal que não perturbe o tráfego marítimo no canal. Interessa que o quebramar não seja executado muito afastado das cabeças dos molhes existentes pois aumentando essa


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distância as profundidades irão também aumentar, aumentando consecutivamente os custos de execução da obra.

O quebramar ficará situado já a profundidades consideráveis o que, provavelmente não levará à formação de um tômbolo, situação essa que só pode ser avaliada com a realização de ensaios em modelo reduzido.

Com esta configuração ficará ainda disponível um canal de navegação de direcção Norte-Sul que poderá ser utilizado por embarcações de menor calado e que intersectará o canal principal no eixo da parte rectilínea do mesmo. Poderá, no entanto, ocorrer o assoreamento do canal secundário. Através de dragagens é possível o aproveitamento das areias aí acumuladas para alimentação das praias a Sul do porto. Com esta configuração as dragagens podem ser realizadas estando o equipamento de dragagem abrigado da agitação pelo quebramar destacado.

Sendo o canal uma secção reduzida para a passagem das correntes que circulam de Norte para Sul, poderá ocorrer alguma perturbação no canal principal. Para a aferição deste problema deve-se proceder a ensaios em modelo reduzido ou a modelação matemática.

Pode ocorrer uma excessiva acumulação de areias no intradorso do quebramar o que pode provocar o assoreamento do canal de navegação. Isto irá aumentar os custos de manutenção do canal tornando a obra, a longo prazo, muito onerosa.

Esta solução poderá não provocar o aumento da praia da Figueira da Foz e, possivelmente, será mais vantajosa ao nível da regressão das praias a Sul do porto pois não consiste numa obra transversal à linha de costa.


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Esta solução consiste num quebramar destacado semelhante à Solução 2 mas de menores dimensões.

Ficaria situado a uma distância relativamente pequena da cabeça do actual quebramar Norte sendo que o seu eixo ficaria ligeiramente a Sul do eixo da cabeça do actual quebramar Norte.

A entrada do porto da Figueira da Foz não ficará totalmente coberta pelo quebramar mas espera-se uma significativa diminuição da agitação no interior deste devido aos efeitos de difracção. Esta avaliação exige a aplicação de um modelo numérico da agitação que contemple os fenómenos de empolamento, refracção, difracção e reflexão.

Devido à relativa proximidade com o quebramar Norte irá, provavelmente, formar-se um tômbolo o que preencherá essa distância. Após preenchida essa falha, o canal de acesso ficará abrigado das correntes que por aí passariam. As dragagens a efectuar poderão assim realizar-se abrigadas da agitação pelo quebramar destacado. Se a acumulação de areia for excessiva irá ocorrer o assoreamento do canal de navegação aumentando o volume de dragagens necessário para a manutenção do canal de navegação, encarecendo a obra.

Com esta configuração grande parte do canal de acesso ficaria desabrigado o que pode ser desvantajoso.

Tanto a Solução 2 como a Solução 3 não impedem o assoreamento do canal de navegação o que só por si não as faz cumprir os pressupostos do projecto. Mesmo assim, fazendo uma análise do método construtivo a utilizar verifica-se também que as soluções se tornam de muito difícil execução. Poderá proceder-se à construção, por via marítima, até à cota -5mZH, ou -4mZH se as condições de


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ondulação forem favoráveis. Acima destas cotas, e até à cota -1mZH, poder-se-á trabalhar à maré o que alonga o tempo de execução da estrutura. Para cotas superiores, será necessário construir um quebramar provisório para o acesso do equipamento e material à frente de obra o que equivale à construção da Solução 1 sem a colocação do manto resistente. Em mares pouco energéticos poder-se-ia optar pela colocação do material e equipamento na frente de obra através de batelões e barcaças. Em mares muito energéticos esta opção não é viável pois, na ocorrência de um temporal, é necessário retirar todo o equipamento para uma zona segura num curto espaço de tempo.

Assim sendo, nem a Solução 2 nem a Solução 3 se tornam em soluções viáveis para o prolongamento de quebramar de taludes em zonas costeiras muito energéticas.

O impacte negativo a sotamar, em termos fisiográficos, é umas das questões chave a estudar e sai fora do âmbito do presente estudo.

7.4 PRÉ-DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO

A opção tomada para o prolongamento do quebramar Norte do porto da Figueira da Foz foi a solução 1. Com o objectivo de se obter uma comparação válida será feito o pré-dimensionamento hidráulico para vários tipos de quebramares de taludes baseados nessa solução.

O pré-dimensionamento hidráulico foi executado tendo em conta as fórmulas e condicionantes já indicadas nos capítulos anteriores.

O pré-dimensionamento foi feito utilizando ambas as fórmulas de Hudson e de van der Meer na expectativa de se obter uma comparação entre as duas.

7.4.1 QUEBRAMAR DE TALUDES

7.4.1.1 Manto resistente constituído por duas camadas de enrocamento

Para a tempestade de projecto considerada, os valores obtidos no dimensionamento de um manto protector constituído por duas camadas de enrocamento são os apresentados no Quadro 12.

Admitiu-se, na fórmula de Hudson, um KD=2.8 e, na fórmula de van der Meer, dois níveis de danos, S=2 e S=4, que correspondem, respectivamente, a danos iniciais e danos intermédios.


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Quadro 11: Características do quebramar com manto resistente em enrocamento

Enrocamento

Hudson van der Meer

Nível de estragos

Hs = 9.0m ��1/10 = 11.43 S=2 S=4

KD ou Ns 3.50 2.00

Dn50 m 3.27 5.00 4.33 3.77

Vol m3 34.85 124.92 81.26 53.61

M50 t 92 331 215.33 142

Majoração W50 kN 923 3310 2153 1421

W50*1.25 kN 1154 4138

se galgável W50*fi kN

1804 1190

nº de camadas 2 2 2 2

Risberma Dn50 m 0.79 0.95

Vol m3 0.49 0.87

M50 t 1.31 2.29

W50 kN 13 23

Coeficiente de forma K∆ 1.00 1.00 1.00 1.00

Largura do coroamento B= m 27.60 37.99 33.99 30.62

Espessura do manto resistente r m 6.53 10.00 8.66 7.54

Porosidade P 37 37 37 37

Densidade (número de blocos/100m2) Na/100m2 11.06 4.72 6.29 8.30

Filtro W=W/10 +-25% kN 92 331 215 142

B= m 3.03 4.64 4.02 3.50

O tamanho máximo que, normalmente, se consegue obter numa pedreira de enrocamento de boa qualidade pertence à classe 90 < W < 120 kN. No máximo, salvo raras excepções, consegue-se obter enrocamento de qualidade da classe 120 < W < 150 kN mas em pequenas quantidades. Qualquer um dos métodos utilizados apresenta um valor para o peso médio de enrocamento substancialmente superior o que inviabiliza a execução do manto resistente do quebramar em blocos de enrocamento. Assim sendo a solução a adoptar será uma solução em blocos de betão.

O método de cálculo proposto pelo Shore Protection Manual na sua edição de 1984 origina um peso de enrocamento de 4138 kN enquanto que na sua versão anterior (1977) o valor de cálculo seria de 1154 kN. Poderá então concluir-se que a formulação de 1984 adopta valores mais conservativos, logo mais seguros.


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7.4.1.2 Manto resistente constituído por duas camadas de blocos Antifer

A solução de execução do manto resistente em blocos cúbicos modificados do tipo Antifer foi a solução escolhida pelo projectista para a execução do prolongamento do molhe Norte do Porto da Figueira da Foz. Esta solução começou a ser executada em Setembro de 2008 e tem data prevista para a sua conclusão em Março de 2010.

Na data de conclusão do presente trabalho apenas se tinha executado a pré-fabricação dos blocos cúbicos Antifer, bem como o armazenamento de blocos de enrocamento. Os trabalhos de prolongamento do quebramar terão início em Março de 2009. A Figura 45 ilustra o processo de fabrico dos blocos cúbicos Antifer podendo observar-se as cofragens e a operação de betonagem e vibração dos betões.

Figura 45: Processo de fabrico dos blocos cúbicos Antifer (Eng. Luis Ferreira, 27-11-2008)

Após concluído o processo de endurecimento dos betões os blocos são transportados por um pórtico (Figura 46) para a zona de armazenamento (Figura 47)


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Figura 46: Pórtico para movimentação dos blocos (Eng. Luis Ferreira, 12-11-2008)

Figura 47: Armazenamento dos blocos cúbicos Antifer (Eng. Luis Ferreira, 27-11-2008)


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Quadro 12: Características do quebramar com manto resistente em blocos cúbicos do tipo Antifer

Cubos Antifer

Hudson van der Meer

KD 9

Dn50 m 2.82 2.82

Vol m3 22.37 22.37

M50 t 54 54

Majoração W50 kN 537 537

W50*1.25

se galgável W50*fi 450

nº de camadas 2 2

Risberma Dn50 m 0.58

Vol m3 0.19

M50 t 0.46

W50 kN 5.0

Coeficiente de forma K∆ 1.10 1.10

Largura do coroamento B= m 25.99 25.99

Espessura do manto resistente r m 6.20 6.20

Porosidade P 47 47

Densidade (número de blocos/100m2) Na/100m2 14.69 14.69

Filtro W=W/10 +-25% kN 59 59

r m 2.62 2.62

O peso dos blocos cúbicos Antifer que estão de acordo com o projecto de execução é de 500 kN. O resultado do cálculo do peso dos blocos que se aponta no quadro 13 é de W=537 kN. No entanto, se for considerada a redução devido ao galgamento da fórmula de van der Meer o peso de cálculo passa a ser de W=450 kN. Confirma-se, portanto, o valor calculado no projecto de execução de W=500kN.

Dado que não existem alterações ao perfil tipo do projecto de execução será este o utilizado para a comparação entre as várias soluções.

O manto de blocos cúbicos Antifer terá uma espessura de 6.05m e uma densidade de 14.69 un/100m2.

Assim sendo o submanto será constituído por enrocamento da classe 40 < W < 60 kN e terá uma espessura de 2.5m. O núcleo será constituído por T.O.T. , classe 0.01 < W < 10 kN.

O perfil desta solução pode ser encontrado na Figura 48.


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Figura 48: Secção transversal adoptada na empreitada do prolongamento do quebramar

Norte do porto da Figueira da Foz


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7.4.1.3 Manto resistente constituído por duas camadas de Tetrápodes

O Quadro 13 mostra os valores de cálculo do manto resistente constituído por duas camadas de Tetrápodes.

Quadro 13: Características do quebramar com manto resistente em Tetrápodes

Tetrápodes

Hudson van der Meer

valor de cálculo com

Hd

Nz=1348 Nz=7500

KD 7.2

Dn50 m 3.04 2.31 2.63

Vol m3 27.96 12.40 18.21

M50 t 67 30 44

Majoração W50 kN 671 297 437

se galgável W50*fi

249 366

nº de camadas 2 2 2

Risberma Dn50 m 0.62

Vol m3 0.24

M50 t 0.58

W50 kN 5.77

Coeficiente de forma K∆ 1.04 1.04 1.04

Largura do coroamento B= m 26.32 21.97 23.88

Espessura do manto resistente r m 6.31 4.81 5.47

Porosidade P 50 50 50

Densidade (número de blocos/100m2) Na/100m2 11.29 19.42 15.03

Filtro W=W/10 +-25% kN 74 30 44

r m 2.82 2.08 2.36

Analisando o Quadro 13 pode-se observar que, utilizando o valor de KD recomendado para a fórmula de Hudson e um nível de estragos, Nod igual a 0.5 na fórmula de van der Meer, obtêm-se valores muito dispares para o peso dos Tetrápodes. Observa-se mesmo uma diferença nos blocos de, aproximadamente, 370 kN. No entanto, se for considerado o número máximo de ondas na fórmula de


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van der Meer, ou seja, Nz=7500 ondas, essa diferença diminuí para 234kN. Neste caso considerar-se-ia a maior tempestade que poderia atingir a estrutura. Existem vários factores que influenciam tal facto.

A fórmula de Hudson admite que para efeito do estudo da estabilidade, os blocos permanecem estruturalmente intactos, ou seja, não prevê que estes se partam, o que acontece frequentemente durante as tempestades mais energéticas. Desta forma, a fórmula de Hudson poderá ser incoerente pois aumentando o peso dos blocos esbeltos e admitindo que a resistência estrutural permanece igual qualquer que seja o peso (ou dimensão) dos blocos, a capacidade que estes têm para contribuir para a estabilidade do manto poderá ser diminuída pela possibilidade de estes se partirem.

Para uma melhor definição do peso dos blocos seriam necessários ensaios em modelo reduzido.

É de notar também que, devido ao peso dos Tetrápodes calculados pela fórmula de Hudson, 637kN, seria difícil o seu transporte e colocação em obra. Tornar-se-ia assim inviável a colocação na obra em estudo um manto resistente constituído por duas camadas de Tetrápodes.

Em Portugal o tamanho máximo de Tetrápodes aplicados num quebramar é de 400kN (quebramar Norte do porto de Leixões), no entanto o manto resistente do quebramar do porto de D’Arzew el Djedid, na Argélia, foi executado em 1976 com duas camadas de Tetrápodes de 480 kN.

Observa-se que, no quebramar Norte do porto de Leixões, a altura de onda de projecto é de 9.5m. Assim sendo, visto que a anda de projecto do caso de estudo é de 9m, logo menor que a onda de projecto de Leixões, há que por em causa os resultados obtidos utilizando a fórmula de Hudson que ainda não existia aquando da construção do porto de Leixões.

A formulação de van der Meer, para o dimensionamento face a uma tempestade com 7500 ondas, resulta num peso para os Tetrápodes de 437 kN. Este valor é diminuído para 366 kN se for considerado o galgamento da estrutura.

Ponderando todos estes factores e numa tentativa de minoração riscos, propõe-se a execução da alternativa com manto resistente constituído por duas camadas de Tetrápodes com um peso de 450 kN.

Devido à incerteza dos resultados, o perfil deverá ser testado em modelo reduzido.

O manto de Tetrápodes terá uma espessura média de 5.53m e uma densidade de 14.74 un/100m2.

O submanto desta alternativa será constituído por duas camadas de enrocamento da classe 40<W<60kN e terá uma espessura de 2.5m. O núcleo será constituído por enrocamento T.O.T.

O perfil desta solução representado na Figura 49.


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Figura 49: Secção transversal variante com blocos Tetrápodes


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7.4.2 MANTO RESISTENTE CONSTITUÍDO POR UMA SÓ CAMADA DE BLOCOS DE BETÃO

O pré-dimensionamento de um manto resistente constituído por uma só camada de blocos processa-se de forma idêntica para todos os tipos de blocos, bem como os parâmetros utilizados no cálculo.

A possibilidade de configuração hidráulica semelhante e com grande capacidade de imbricamento leva a que as expressões utilizadas sejam iguais, não se estabelecendo distinções entre os blocos durante o pré-dimensionamento.

A adopção de um valor para o coeficiente de estabilidade, KD, de 16 pode revelar-se uma opção de elevado risco. Embora tenham características que melhoram a sua estabilidade enquanto blocos constituintes do manto resistente, este valor quase que duplica o valor de KD proposto para o dimensionamento para os blocos Antifer que são tidos como blocos mais resistentes em termos estruturais do que os blocos de camada única.

Ambas as formas de cálculo, Hudson com KD = 16, e van der Meer com número de estabilidade, Ns = 2.8, resultaram em valores muito próximos com a segunda a ser ligeiramente mais conservativa. Assim sendo obtiveram-se os seguintes resultados:

Dn50 = 2.40 m

W = 330 kN

É de notar que o limite que a CLI – Concrete Layer Inovations propõe para a altura de onda quando se usa os blocos do tipo Core-Loc é de 8.2m. O caso de estudo tem uma onda de projecto de 9m. A comparação entre os blocos Core-loc e os outros blocos de camada única será feita mas ficará, tal como os outros blocos, dependente dos ensaios em modelo reduzido para se chegar a uma conclusão final.

A diferença entre os tipos de bloco, que têm o mesmo volume, reside nos pormenores da sua geometria que serão tratados em capítulo próprio.

Para a escolha do tipo de bloco a utilizar dever-se-á ter em conta o resultado de ensaios em modelo reduzido, a análise de estruturas semelhantes em mares muito energéticos, o custo das patentes, a disponibilidade de cofragens e a quantidade de blocos por unidade de área.

O Quadro 14 indica os resultados do cálculo do peso dos blocos bem como a sua dimensão principal, altura H, e dimensões das respectivas camadas.


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Quadro 14: Características das camadas e respectivos blocos

Accropode II Core-Loc Xbloc

Dn50 2.40 2.40 2.40 m

V 13.76 13.76 13.76 m3

W 330 330 330 kN

H 3.61 3.96 3.46 m

r 3.25 3.65 3.35 m

C 1.43 1.40 1.29 m3/m2

N 10.62 10.23 9.41 un/100m2

O submanto será constituído por duas camadas de enrocamento da classe 25 < W < 40 kN tendo uma espessura de 2.15m. O núcleo será constituído por enrocamento T.O.T.

Os perfis destas soluções podem ser encontrados nas Figura 50, Figura 51 e Figura 52.


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Figura 50: Secção transversal variante com blocos Accropode II


88

Figura 51: Secção transversal variante com blocos Core-Loc


89

Figura 52: Secção transversal variante com blocos Xbloc


90

7.4.3 INTRADORSO

Neste estudo não se procederá ao cálculo da estabilidade do intradorso pois pretende-se fazer a comparação de várias alternativas de tipos de quebramares e mantos resistentes. Assim sendo considerou-se que a parte do quebramar desde o seu eixo até ao intradorso será executado em todas as alternativas de quebramares de taludes e quebramares em berma tal qual foi projectado no projecto de execução do prolongamento do molhe Norte do porto da Figueira da Foz.

No entanto, visto que o projecto de execução não explicita o cálculo do manto resistente de intradorso, este pode ser alvo de algumas críticas.

Esta parte da estrutura pode ser um ponto crítico pois a estrutura é muito galgável. Abaixo do nível da baixa mar de águas vivas (BMAV) e até uma altura de –H o peso dos blocos deveria ser de W/2 (SPM). De facto, segundo o projecto de execução, os blocos a colocar no intradorso do quebramar serão de 125kN o que é manifestamente inferior a 500/2=250kN.

Supondo que se manteve o peso do intradorso com base na experiência passada, que pode ter evidenciado a estabilidade do mesmo, pode-se questionar se, com a extensão do quebramar, a que estão associadas maiores profundidades, a ocorrência de uma maior probabilidade e volume de galgamento poderá pôr em causa a estabilidade do intradorso.

7.4.4 COMPARAÇÃO ENTRE AS VÁRIAS ALTERNATIVAS DE QUEBRAMARES DE TALUDES

O Quadro 15 faz a comparação entre as várias soluções estudadas para quebramares de taludes.

Quadro 15: Comparação entre quebramares de taludes

Duas camadas Uma camada

Cubos Antifer

Tetrápodes Accropode II Core-Loc Xbloc

Dn50 2.75 2.66 2.40 2.40 2.40 m

V 20.82 18.82 13.76 13.76 13.76 m3

W50 500 452 330 330 330 kN

H 2.73 4.07 3.61 3.96 3.46 m

T 6.05 5.53 3.25 3.65 3.35 m

C 3.03 2.77 1.43 1.40 1.29 m3/m2

N 14.53 14.70 10.62 10.23 9.41 un/100m2

É de notar que o bloco Xbloc é o que utiliza menor quantidade de betão e os blocos cúbicos Antifer os que utilizam mais betão por m2 de talude.


91

7.4.5 DIMENSIONAMENTO DE UM QUEBRAMAR MISTO

A altura de onda significativa de projecto considerada para o Molhe Norte do porto da Figueira da Foz é de 9m. Com uma profundidade, d, de 15.9m a onda atinge a estrutura no limite da rebentação. Por este motivo foi considerada que a onda era do tipo b) ondas em rebentação mergulhante, com frente de onda quase vertical.

Propõe-se que se execute uma betonagem in situ através de orifícios feitos para esse fim na base do caixão. Este procedimento irá aumentar o ângulo de atrito caixão/fundação para 40º aproximando a ligação entre o caixão e o maciço de fundação de uma solidarização.

Com as cotas de fundos admitidas no projecto, -12.0mZH para o extradorso e -8.0mZH para o intradorso não é possível cumprir todas as condições para o dimensionamento do maciço de fundação.

O facto do lado de intradorso ter cota de -8.0mZH condiciona o estudo pois inviabiliza caixões com alturas totais, contabilizando a altura da superestrutura, superiores a 14m. Assim sendo o manto resistente do maciço de fundação fica ainda demasiado exposto à ondulação o que se traduz em resultados de pesos de enrocamento superiores a 12t e portanto inviabilizando a construção do manto a estas profundidades. De facto, realizando uma análise de sensibilidade, e cumprindo todas as condições para o dimensionamento do maciço de fundação, para que se torne viável a execução deste tipo de quebramar, utilizando estes pressupostos de projecto, a cota da base do caixão teria que estar compreendida entre as cotas -9.9mZH e -11.6mZH. Numa situação onde o caixão estivesse fundado em rocha este facto não constituiria um problema. A verdade é que esta situação não se verifica. Sendo o caixão fundado em areia, esta teria ter um elevado grau de compacidade.

Seriam precisas sondagens geológicas para se aprofundar o conhecimento sobre o solo de fundação do quebramar. Admitindo que o solo de fundação tem resistência para resistir às cargas provocadas, propõe-se fundar o caixão à cota de -10.9mZH.

Se, através de sondagens, se verificasse que as areias que constituem o solo de fundação não têm capacidade de resistir às cargas impostas pelo caixão e pela ondulação seria necessário proceder a dragagens no sentido de intradorso até uma profundidade onde se verificasse a resistência do solo de fundação.

Assim sendo o caixão seria pré-fabricado com 14.9m de altura e com uma largura de 19.5m. A estrutura seria coroada por uma superestrutura betonada in situ com 3.5m de altura e 19.50m de largura ficando assim coroada à cota de +7.5mZH.

Estas dimensões do caixão implicam a dragagem suplementar de 120m3/ml de quebramar.

Considerando as condições de projecto, e com um caixão com estas dimensões, os factores de segurança ao escorregamento e ao derrube seriam respectivamente 1.5 e 1.63 estando, portanto, garantida a estabilidade do caixão.

O Quadro 16 mostra os valores de cálculo das pressões sobre o paramento vertical.


92

Quadro 16: Pressões sobre o paramento vertical

Cálculo de pressões

η*= 20.16

P1= 169 Kn.m/m

P2= 139 Kn.m/m

P3= 166 Kn.m/m

Pu= 148 Kn.m/m

α1= 1.10

α*= 0.13

α2= 0.13

α3= 0.98

αI= 0.04

αI0= 1.15

αI1= 0.03

δ1= 3.59

δI1= 0.24

δ2= -0.97

δ22= -0.20

O Quadro 18 mostra os valores de cálculo das forças e momentos.

Quadro 17: Valores de cálculo das forças e momentos

Cálculo de forças e momentos

Fh= 2740 kN/m

Fu= 1113 kN/m

Fg= 6013 kN/m

Mh= 22432 kN.m/m

Mu= 13541 kN.m/m

Mg= 58642 kN.m/m

O Quadro 19 mostra os valores de cálculo do maciço de fundação.


93

Quadro 18: Cálculo do maciço de fundação

Cálculo da fundação

Nod= 1 restrições

Dn50 1.55 m d/hs 0.74 0.5 < d/hs < 0.8

vol 3.71 m3 d/Dn50 7.56 7.5 < d/Dn50 < 17.5

M50 9.82 t Bm/hs 0.40 0.3 < Bm/hs <0.55

W50 98 kN

r (largura) 3.10 m

A largura da berma em frente ao caixão, do lado de extradorso será de Bm = 6.36m

O manto protector do maciço de fundação será executado em enrocamento da classe 60 < W < 90 kN.

Método construtivo

Após a execução das dragagens necessárias, a base de fundação será colocada através do lançamento do enrocamento desde batelões com fundo móvel.

Os caixões poderão ser pré-fabricados e postos em flutuação ao abrigo dos actuais molhes sendo posteriormente rebocados para a frente de obra. Após posicionamento do caixão sobre o local de afundamento, afunda-se o caixão através do seu enchimento com recurso a bombagem de água do mar para o interior deste. Depois do caixão estar na posição final, procede-se ao seu enchimento com betão deixando que o betão penetre também no maciço de fundação. Depois de afundados todos os caixões, é feita uma solidarização através de uma superestrutura betonada in situ. O enrocamento do manto protector do maciço de fundação será então colocado através de grua que circula sobre a superestrutura.

Note-se que com esta solução, mesmo que os caixões estejam dotados de ranhuras que lhes permitam estar solidários, poderão ocorrer assentamentos diferenciais que irão danificar a estrutura, danos esses que são de muito difícil reparação.



94

Figura 53: Secção transversal variante em quebramar misto


95

7.4.6 QUEBRAMAR EM BERMA TIPO-S

O intervalo de valores para o número de estabilidade no cálculo da dimensão característica dos blocos de enrocamento do manto resistente de um quebramar em berma é 3.0 < Ns < 6.0. O quebramar do caso de estudo situa-se num mar muito energético e, portanto, por segurança, admite-se para este dimensionamento um valor de Ns=5.0

Assim sendo os valores de cálculo para o enrocamento do manto resistente da opção em berma do quebramar em estudo estão descritos no Quadro 20.

Quadro 19: Valores de cálculo para o quebramar em berma

Ns 5.0

Dn50 1.14 m

Tz 15 s

H0T0 222.58

d/Dn50 14.00

fd 1.76

Rec 57 m

hf 3.75 m

Rc 5.13 m

W50 38.79 kN

O peso do enrocamento do manto resistente pertencerá ao intervalo 30 < W < 50 kN

O nível de referência para o dimensionamento de um quebramar em berma é o nível médio da água do mar, ou seja, 2.0mZH. Temos então que a cota de coroamento da berma será de 7.13mZH e a cota de intersecção do perfil modificado com o perfil original será -1.75mZH.

O reperfilamento do quebramar levará a uma recessão de aproximadamente 57m.

Protecção do pé-de-talude

Sendo a declividade de onda, sm, igual a 0.017 e considerando um nível de danos, Nod, igual a 1.0, o que corresponde a danos aceitáveis, a fórmula de Aminti e Lamberti (1996) indica que a profundidade do coroamento da risberma relativa ao nível médio da água do mar será de 25.23m, ou seja, -23.23mZH. A cota dos fundos em frente ao quebramar será de aproximadamente -12.0mZH. Assim sendo não será necessário aprovisionar o quebramar em berma com uma risberma.

A berma terá o comprimento inicial de aproximadamente 82m o que soterrará a vala feita pelas dragagens. Assim sendo não fará sentido executar as dragagens no extradorso do quebramar para o aprofundamento do leito marinho para a cota -12.0mZH. Isto será considerado com um volume negativo na orçamentação das alternativas.


96

Note-se que os valores apresentados são teóricos e não dispensam ensaios em modelo reduzido.


.


97

Figura 54: Secção transversal variante em quebramar em berma tipo S


99

Método construtivo da berma

Um empreiteiro com vasta experiência em obras marítimas propõe que se lance por via marítima o enrocamento que ficará colocado até à cota -5mZH, ou em condições de fraca agitação no máximo até -4mZH. Até à cota +4mZH ou +5mZH, dependendo do nível de segurança pretendido, o enrocamento será basculado, e uniformizado com T.O.T. para ser possível circular sobre este. Este enrocamento de regularização será lavado por acção da agitação marítima. Após se construir toda a extensão do perfil transversal à cota +4mZH ou +5mZH o restante do perfil, até à cota de coroamento, será executado também por basculação mas no sentido inverso, ou seja, o basculamento iniciar-se-á no ponto mais afastado do eixo do quebramar e aproximar-se-á da superestrutura.

7.4.7 QUEBRAMAR EM BERMA TIPO ISLANDÊS

Os critérios apresentados para o dimensionamento de um quebramar em berma do tipo Islandês são válidos apenas para um pré-dimensionamento e não dispensam ensaios em modelo reduzido.

O valor do número de estabilidade, Ns, no dimensionamento de um quebramar em berma tipo Islandês situa-se no intervalo entre 1.5 e 2.7 (PIANC, 2003). A adopção de Ns=2 resulta num peso para o enrocamento do manto resistente de 606kN. Este valor é impossível de obter em pedreira em quantidades suficientes para a realização de uma obra desta natureza e dimensão, além de que existem restrições técnicas e ambientais associáveis ao transporte de grandes quantidades de blocos, se este for realizado por via terrestre.

Conclui-se, numa primeira análise, que não será possível executar esta solução de quebramar.


101

8 8 COMPARAÇÃO ECONÓMICA DAS

SOLUÇÕES

A comparação entre as várias soluções será feita por uma análise económica básica. Note-se que os preços unitários são apenas preços indicativos obtidos a partir da lista de preços unitários/orçamento da empreitada de prolongamento do molhe Norte do Porto da Figueira da Foz.

A análise será feita por metro linear de expansão de quebramar.

Apenas se teve em conta os preços unitários dos diferentes materiais. Uma análise mais profunda deveria ter em conta a disponibilidade dos equipamentos, os métodos construtivos e equipamento de vários empreiteiros.

As variações de conjuntura de mercado, a distância aos estaleiros, a distância às pedreiras, o planeamento de mão-de-obra são também factores importantes que influenciam o preço final da obra.

Os valores indicados dizem apenas respeito a uma fase de pré-dimensionamento, para os pressupostos de projecto apresentados, não podendo ser utilizados em obra sem um dimensionamento mais aprofundado e ensaios em modelo reduzido.

Considerou-se que os custos dos direitos de uso patente eram iguais para todos os tipos de blocos de betão, o que não acontece na realidade.

O consumo de betão simples no quebramar misto foi majorado em 10% pois considerou-se que iria executar-se uma betonagem in situ com o intuito de se proceder a uma solidarização entre o caixão e o maciço de fundação.


102

Quadro 20: Comparação dos preços das várias alternativas

Antifer Tetrápodes Accropode II Core-loc Xbloc Misto Berma tipo-S

Mat

eria

l

Pre

ço

unitá

rio

m3 /m

l

€/m

l

m3 /m

l

€/m

l

m3 /m

l

€/m

l

m3 /m

l

€/m

l

m3 /m

l

€/m

l

m3 /m

l

€/m

l

m3 /m

l

€/m

l

Enr

ocam

ento

T

.O.T

. 0.

01 a

10

kN

13.3

3 €

437.

75

5 83

5.21

€

437.

75

5 83

5.21

€

437.

75

5 83

5.21

€

437.

75

5 83

5.21

€

437.

75

5 83

5.21

€

32.6

7

435.

49 €

437.

75

5 83

5.21

€

Enr

ocam

ento

10

a 2

0 kN

14.6

8 €

58.6

2

860.

54 €

58.6

2

860.

54 €

58.6

2

860.

54 €

58.6

2

860.

54 €

58.6

2

860.

54 €

0.00

0.00

€

126.

82

1 86

1.72

€

Enr

ocam

ento

20

a 4

0 kN

16.0

0 €

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

106.

53

1 70

4.48

€

106.

53

1 70

4.48

€

106.

53

1 70

4.48

€

0.00

0.00

€

455.

49

7 28

7.76

€

Enr

ocam

ento

40

a 6

0 kN

17.9

6 €

119.

40

2 14

4.42

€

119.

40

2 14

4.42

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

455.

49

8 18

0.51

€

Enr

ocam

ento

60

-90

kN

18.0

7 €

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

84.7

5

1 53

1.43

€

0.00

0.00

€

Enr

ocam

ento

10

0 a

125

kN

24.8

1 €

52.5

2

1 30

3.02

€

52.5

2

1 30

3.02

€

52.5

2

1 30

3.02

€

52.5

2

1 30

3.02

€

52.5

2

1 30

3.02

€

0.00

0.00

€

52.5

2

1 30

3.02

€

Bet

ão

sim

ples

103.

13 €

28.0

0

2 88

7.64

€

28.0

0

2 88

7.64

€

28.0

0

2 88

7.64

€

28.0

0

2 88

7.64

€

28.0

0

2 88

7.64

€

330.

76

34 1

11.1

8 €

0.00

0.00

€

Bet

ão

arm

ado

210.

06 €

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

41.9

1

8 80

3.61

€

0.00

0.00

€

Bet

ão p

ara

bloc

os

94.3

5 €

104.

56

9 86

5.25

€

107.

32

10 1

25.3

0 €

53.5

2

5 05

0.07

€

54.0

8

5 10

2.64

€

47.5

0

4 48

1.42

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

Dra

gage

ns

3.57

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

0.00

0.00

€

120.

00

428.

40 €

-129

.66

-462

.89

€

Tot

al

22 8

96.0

9 €

23 1

56.1

4 €

17 6

40.9

6 €

17 6

93.5

3 €

17 0

72.3

1 €

45 3

10.1

1 €

24 0

05.3

3 €


103

Figura 55: Comparação económica das várias soluções alternativas (correspondendo a diferentes níveis de

estabilidade com diferentes consequências a nível de manutenção).

A Figura 55 estabelece a comparação económica das várias soluções alternativas consideradas no âmbito do presente trabalho.

O Quadro 22 mostra a comparação percentual das várias soluções considerando como referência os blocos cúbicos Antifer.

Quadro 21: Comparação das várias soluções

Blocos cúbicos Antifer 100%

Tetrápodes 101%

Accropod II 77%

Core-Loc 77%

Xbloc 74%

Quebramar Misto 197%

Quebramar em berma tipo-S 104%

Para as hipóteses adoptadas, pode observar-se que, tendo em conta apenas os custos iniciais e não se considerando o diferente nível de risco associável à adopção de apenas uma camada de blocos versus duas camadas de manto resistente, a solução mais económica para o prolongamento do molhe Norte do porto da Figueira da Foz é a solução que contempla um manto resistente executado em blocos Xbloc, tendo um custo 25.44% mais baixo que a solução com manto resistente em blocos cúbicos Antifer. A solução menos económica consiste no quebramar misto que tem um preço que quase duplica o preço da solução de referência.

Os preços adoptados para as quantidades em obra são apenas preços de referência. Os preços unitários dos materiais são valores que podem ter grandes variações. Essas variações dependem da conjuntura económica, dos mercados e também dependem do empreiteiro que os fornece. Por exemplo, um empreiteiro que tenha uma pedreira perto da obra fornecerá enrocamento a preços menores do que um

0 €5.000 €

10.000 €15.000 €20.000 €25.000 €30.000 €35.000 €40.000 €45.000 €50.000 €

Pre

ço d

a so

luçã

o (

€/m

l)


104

que tenha que transportar o enrocamento desde distâncias maiores, ou mesmo que tenha que comprar a materiais a uma pedreira da qual não seja proprietário.

Para uma análise da comparação económica do custo inicial das várias soluções foi feita uma análise de sensibilidade da influência da variação do preço unitário dos materiais no preço por metro linear de extensão de cada solução. Dividiram-se as quantidades de trabalho em quatro classes, fazendo variar cada uma entre +10% e -10% e entre +20% e -20% dos valores de referência indicados no Quadro 21. As quantidades foram agrupadas nas seguintes classes:

- enrocamento,

- betão simples + betão armado,

- betão para blocos,

- dragagens.

Os Quadros 23 e 24 mostram a comparação percentual dos vários cenários relativamente ao custo da construção do manto resistente com blocos cúbicos do tipo Antifer do cenário original.

Numa análise económica onde se teve em conta a variação de, positiva e negativa, em 10% dos preços iniciais considerados a variação dos preços iniciais do metro linear de quebramar não é significativa. No entanto, se essa variação for de 20%, os valores podem sofrer alterações consideráveis, tornando-se necessária uma análise mais aprofundada para uma correcta conclusão da solução mais económica. Note-se que desde a data do concurso para a empreitada em finais de 2006 até finais de 2008 a variação dos preços foi de, sensivelmente, 21%. Estas variações dependem de vários factores, nomeadamente: variação dos mercados internacionais e disponibilidade de equipamento e material por parte do empreiteiro.


105

Quadro 22: Comparação dos vários cenários com variações de 10% dos preços iniciais

Cen

ário

inic

ial

Enr

ocam

ento

+10

%

Enr

ocam

ento

-10

%

Bet

ão s

impl

es e

arm

ado

+10

%

Bet

ão s

impl

es e

arm

ado

-10%

Blo

cos

+10

%

Blo

cos

-10%

Dra

gage

ns +

10%

Dra

gage

ns -

10%

A

ntife

r

10

0%

10

4 %

96

%

10

1%

99

%

10

4%

96

%

10

0%

10

0%

Tet

rápo

des

10

1%

10

6%

97

%

10

2%

10

0%

10

6%

97

%

10

1%

10

1.1

4%

Acc

ropo

d II

77

%

81

%

72

%

78

%

76

%

79

%

75

%

77

%

77

%

Cor

e-Lo

c

77

%

82

%

73

%

79

%

76

%

80

%

75

%

77

%

77

%

Xbl

oc

75

%

79

%

70

%

76

%

73

%

77

%

73

%

75

%

75

%

Mis

to

19

8%

19

9%

19

7%

21

7%

17

9 %

19

8%

19

8%

19

8%

19

8%

Ber

ma

tipo-

S

10

5%

11

6%

94

%

10

5%

10

5%

10

5%

10

5%

10

5%

10

5%


106

Figura 56: Comparação dos vários cenários com variações de 10% dos preços iniciais

0,00%

50,00%

100,00%

150,00%

200,00%

250,00%

Cenário inicial

Enrocamento +10%

Enrocamento -10%

Betão simples e armado +10%

Betão simples e armado -10%

Betão para blocos +10%

Betão para blocos -10%

Dragagens +10%

Dragagens -10%


107

Quadro 23: Comparação dos vários cenários com variações de 20% dos preços iniciais

Cen

ário

inic

ial

Enr

ocam

ento

+20

%

Enr

ocam

ento

-20

%

Bet

ão s

impl

es e

arm

ado

+20

%

Bet

ão s

impl

es e

arm

ado

-20%

Blo

cos

+20

%

Blo

cos

-20%

Dra

gage

ns +

20%

Dra

gage

ns -

20%

A

ntife

r

10

0%

10

9 %

91

%

10

3 %

97

%

10

9 %

91

%

10

0%

10

0%

Tet

rápo

des

10

1%

11

0%

92

%

10

4%

99

%

11

0%

92

%

10

1%

10

1%

Acc

ropo

d II

77

%

86

%

69

%

80

%

75

%

81

%

73

%

77

%

77

%

Cor

e-Lo

c

77

%

86

%

67

%

80

%

75

%

82

%

73

%

77

%

77

%

Xbl

oc

75

%

83

%

66

%

77

%

72

%

78

%

71

%

75

%

75

%

Mis

to

19

8%

20

0%

19

7%

23

5%

16

0%

19

8 %

19

8%

19

8%

19

8%

Ber

ma

tipo-

S

10

5%

12

6%

83

%

10

5 %

10

5 %

10

5%

10

5%

10

4%

10

5%


108

Figura 57: Comparação dos vários cenários com variações de 20% dos preços iniciais

0,00%

50,00%

100,00%

150,00%

200,00%

250,00%

Cenário inicial

Enrocamento +20%

Enrocamento -20%

Betão simples e armado +20%

Betão simples e armado -20%

Betão para blocos +20%

Betão para blocos-20%

Dragagens +20%

Dragagens -20%


109

9 9 SÍNTESE E CONCLUSÕES

Numa primeira fase do trabalho elaborou-se uma base de dados com 66 casos de quebramares com a informação disponível. O anexo 1 apresenta os resultados dessa recolha. No anexo 2 apresenta-se um quadro com uma síntese dessa recolha.

Foi feita uma descrição de várias secções transversais de quebramares de taludes que podem constituir alternativas ao prolongamento de quebramares existentes. Nessa descrição, após uma breve introdução, explica-se o modo de dissipação da energia da agitação, o modelo de cálculo do manto resistente, os tipos de mantos resistentes, alternativas de blocos de betão para a constituição do manto resistente, as várias dimensões necessárias para a definição do perfil transversal e o dimensionamento das camadas da secção transversal. Note-se que o dimensionamento ao galgamento, por não se inserir no âmbito deste estudo e por ser de complicada elaboração, é apenas referido aquando da definição da cota de coroamento. Sendo este um parâmetro fundamental no dimensionamento de quebramares de taludes, deverá ter-se em atenção os métodos de pré-dimensionamento tendo em conta este parâmetro. Os métodos de dimensionamento relativos ao galgamento foram estudados por diversos autores e estão apresentados na bibliografia especializada. No entanto, nas situações mais complexas, torna-se necessário o recurso à modelação física.

O caso de estudo consiste na análise da solução adoptada no projecto e na geração de soluções alternativas ao prolongamento do quebramar (molhe) Norte do porto da Figueira da Foz. Foram propostas três soluções alternativas para a implantação longitudinal. Apenas uma, a solução 1, se revela viável, tanto na sua execução, como na mitigação dos problemas existentes. Foram também pré-dimensionadas várias alternativas de secções transversais. Para a solução em quebramar de taludes foram dimensionados, através da fórmula de Hudson e da fórmula de van der Meer, mantos resistentes constituídos por duas camadas de enrocamento, blocos cúbicos Antifer e Tetrápodes e por uma camada de blocos Accroppod II, Core-Loc e Xblox. Localizando-se o caso de estudo num mar muito energético, as dimensões obtidas para os blocos constituintes do manto resistente são também muito elevadas. A solução em enrocamento revela-se de impossível execução.

Fazendo uma análise económica preliminar tendo por base o custo por metro linear de quebramar, a melhor opção será a execução de um quebramar de taludes com manto resistente constituído por blocos de betão do tipo Xbloc. No entanto, nesta análise não foram incluídos os custos de equipamentos necessários para a execução dos trabalhos bem como os rendimentos de colocação dos diferentes blocos de betão e tipos de enrocamento e custos de utilização das patentes dos diferentes blocos de betão. Também não foi considerado o diferente nível de risco associável à adopção de apenas uma camada de blocos versus duas camadas no manto resistente.


110

No presente caso de estudo, o custo por metro linear de quebramar da solução em berma tipo-S tem uma variação pouco significativa quando comparada com a solução em que o manto resistente é constituído por duas camadas de blocos Antifer. Assim, considerando o custo total de construção do quebramar, a solução em berma tipo-S pode-se tornar mais vantajosa. Assim é porque:

- O equipamento necessário para a movimentação do enrocamento para a construção do quebramar em berma é mais ligeiro do que o necessário para a movimentação dos blocos de betão.

- As tolerâncias relativamente à geometria são maiores na solução em berma tipo-S. A colocação do enrocamento pode ser realizada através de basculamento directo ou mesmo a partir de batelões de fundo móvel. A colocação dos blocos de betão consiste numa tarefa minuciosa onde normalmente, para uma maior precisão na sua colocação, se recorre a instrumento de georreferenciação colocados no braço da grua. O grau de precisão da geometria dos taludes e o posicionamento e densidade dos blocos fazem aumentar os custos de mão-de-obra.

- A distância da obra às pedreiras e a proximidade das pedreiras com vias marítimas ou fluviais são factores muito condicionantes no preço final do enrocamento. É conhecido que quanto menor for qualquer uma destas distâncias menor será o preço unitário do enrocamento.

A aplicação de quebramares em zonas costeiras com agitação de elevado nível energético torna difícil a execução como se comprova no caso de estudo no quebramar em berma do tipo islandês.

Concluí-se também neste estudo que a diferença de custos entre mantos resistentes, constituídos por duas camadas de blocos de betão ou uma só camada, não é significativa. No entanto, se for tida em conta uma variação de preços iniciais de 20%, o custo por metro linear de quebramar, pode sofrer uma variação significativa.

Ponderando os factores de avaliação enunciado neste trabalho, a berma hidráulica pode ser uma alternativa viável ao prolongamento de quebramares de taludes.

A costa Oeste portuguesa é uma das regiões do globo onde o regime de agitação é mais energético. Devido a tal facto e tendo em conta a falta de estudos e exemplos construídos sobre as alternativas propostas neste trabalho leva a que haja muita precaução, e até um certo receio, na opção por quebramares de taludes não convencionais.

Propõe-se um estudo mais aprofundado sobre tais alternativas, nomeadamente através de ensaios em modelo reduzido e um estudo mais aprofundado das obras já executadas a nível internacional e das suas alterações ao longo do seu funcionamento.


111

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115

11 ANEXOS


1

ANEXO 1 – FICHAS DE QUEBRAMARES


3

FICHA 1 - QUEBRAMAR DO PORTO DO FUNCHAL – MADEIRA , PORTUGAL

Perfil tipo

Cota de coroamento: +11mZH

Cota dos fundos: -25mZH

Amplitude de Maré: 2m

Onda de projecto: 7.8m

Concepção:

Manto exposto: Tetrápodes 25 t

Super estrutura: Betão ciclópico

Manto interior: Caixotão acostável

Núcleo: T.O.T

Ano de Construção:

(Plano director do porto do Caniçal, 2004)


4

FICHA 2 - QUEBRAMAR DO PORTO DO PORTO SANTO – MADEIRA , PORTUGAL

Perfil tipo

Cota de coroamento: +10.5mZH

Cota dos fundos: -9.7mZH

Amplitude de Maré: 2.6m

Onda de projecto:

Concepção:

Manto exposto: Blocos Antifer 30 Tf

Super estrutura: Betão ciclópico

Manto interior: Blocos de betão, acostável

Núcleo: T.O.T


(Plano director do porto de Porto Santo, 2002)


5

FICHA 3 - QUEBRAMAR DO PORTO DE SINES – PORTUGAL

Perfil tipo




Onda de projecto: 11 m

Período de onda:

Concepção:

Manto exposto: Blocos Antifer 90 t

Super estrutura: Betão com muro deflector

Manto interior: Blocos Antifer 90t

Núcleo: T.O.T


(Ram, et al., 1999)

(Veloso Gomes & Taveira Pinto, 2007)


6

FICHA 4 - QUEBRAMAR DE B ILBAO – ESPANHA

Perfil tipo




Onda de projecto: 8m

Período de onda: 15 a 20s

Concepção:

Manto exposto: paralelepípedos de 85 t


Manto interior: Não acostável

Núcleo: T.O.T




7

FICHA 5 - QUEBRAMAR NORTE DO PORTO DA FIGUEIRA DA FOZ – PORTUGAL

Perfil tipo





Período de onda:

Concepção:

Manto exposto: blocos Antifer de 50t

Super estrutura: maciço de betão 8x3.5m

Manto interior: Não acostável. Enrocamento classe 10 a 12.5 t

Núcleo: T.O.T

Ano de Construção: 2008-2010

(Empreitada de Prolongamento do Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz- Vol. III - Projecto de Execução, 2006)


8

FICHA 6 - QUEBRAMAR NORTE DO PORTO DA FIGUEIRA DA FOZ – QUEBRAMAR ORIGINAL – PORTUGAL

Perfil tipo





Período de onda:

Concepção:


Super estrutura: maciço de betão 8x3.5m

Manto interior: Não acostável. Enrocamento classe 7.5 a 10 t t

Núcleo: T.O.T


(Empreitada de Prolongamento do Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz- Vol. III - Projecto de Execução, 2006)


9

FICHA 7 - QUEBRAMAR PUNTA LANGOSTEIRA - LA CORUÑA – ESPANHA

Perfil tipo





Período de onda:

Concepção: quebramar de taludes

Manto exposto: cubos de betão de 150 t

Super estrutura: betão

Manto interior: cubos de betão de 50 t

Núcleo: T.O.T.

Ano de Construção: em execução (2009)

(Delft Hydraulics, 2004)


10

FICHA 8 - QUEBRAMAR ESTE DO PORTO DE ZEEBRUGGE – BRUGES – BÉLGICA

Perfil tipo

Perfil actual

Solução 2b do estudo de prolongamento do quebramar Oeste

Solução 2b do estudo de prolongamento do quebramar Oeste


11

Solução para o quebramar Este do estudo de prolongamento do quebramar Oeste





Período de onda: 9s


Manto exposto: Blocos Antifer 25<W<30 t

Super estrutura: Betão

Manto interior: enrocamento 3.0<W<5.0 t

Núcleo: T.O.T.

Ano de Construção: 1982

(Troch, et al., 1998)

(Troch, et al., 2004)

(Van Damme, 1982)


12

FICHA 9 - QUEBRAMAR DE RIVIERE-AU-RENARD – QUEBEC – CANADA

Perfil tipo





Período de onda:


Manto exposto: dolos de 4.5 t

Super estrutura: na

Manto interior: dolos de 4.5 t

Núcleo: T.O.T.


(Glodowski,, et al., 1982)


13

FICHA 10 - QUEBRAMAR DO PORTO DE ST. PAUL – ALASKA

Perfil tipo

Perfil do projecto original

Perfil modificado por razões económicas






Concepção:

Manto exposto: enrocamento 0.75<WA<8 t

Wb<0.75 t

Super estrutura: na

Manto interior:

Núcleo: WB



14

Evolução do perfil transversal durante a pausa da construção no inverno de 1984

Evolução do perfil longitudinal durante a tempestade entre 13-11-1984 a 7-12-1984

(Weckmann & Watts, 1988)


15

FICHA 11 - QUEBRAMAR DE ÓSTIA – ITÁLIA

Perfil tipo

Cota de coroamento: +4.5mMSL

Cota dos fundos: canal a -6.5mMSL


Onda de projecto: onda máxima =5m (onda de projecto não identificada)

Período de onda:


Manto exposto: Enrocamento 3<W<7 t


Manto interior: enrocamento

Núcleo: T.O.T.


(Franco, et al., 1988)


16

FICHA 12 - QUEBRAMAR DE GANSBAAI – ÁFRICA DO SUL

Perfil tipo

Perfil original

Perfil do prolongamento


17

Perfil modificado do prolongamento


Cota dos fundos: -8 mZH

Amplitude de Maré:


Período de onda:


Manto exposto: dolos 25 t


Manto interior: dolos 5 t

Núcleo: T.O.T.

Ano de Construção: início da construção – 1964

Fim da construção - 1980

(Van Dijk, et al., 2004)


18

FICHA 13 - QUEBRAMAR DO PORTO D'ARZEW EL DJEDID – ARGÉLIA

Perfil tipo

Cota de coroamento: +9 mZH


Amplitude de Maré:


Período de onda:

Concepção:



Manto interior: Não acostável. Enrocamento classe 6a 10 t

Núcleo: T.O.T

Ano de Construção: 1976-1979

(ICE, 1984)


19

FICHA 14 - QUEBRAMAR DE IJMUIDEM – AMSTERDAM – HOLANDA

Perfil tipo

Cota de coroamento: +1.5 m N.A.P.

Cota dos fundos: -15m N.A.P. (nível médio da água do mar)

Amplitude de Maré:



Concepção:

Manto exposto: blocos de 22, 30 e 45 t


Manto interior: enrocamento 300<W<1000 kg embebido numa camada de asfalto

Núcleo: gravilha

Ano de Construção: finais da década de 1960

(Van Hoven, et al., 2004)


20

FICHA 15 - QUEBRAMAR SUL DO PORTO DE CONSTANTZA – ROMÂNIA – MAR NEGRO

Perfil tipo



Amplitude de Maré:

Onda de projecto:

Concepção:

Manto exposto: berma: blocos Antifer 15t

Manto resistente: stabilopodes 25t

Super estrutura: Betão com espessura variável entre 0.4 e 1m sem muro reflector


Núcleo: T.O.T


(Galbinasu & Suciu, 2000)


21

FICHA 16 - QUEBRAMAR DO PORTO DE ALICANTE – ESPANHA

Perfil tipo



Amplitude de Maré:

Onda de projecto: 4 a 9m


Concepção:

Manto exposto: cubos de betão 20 t

Super estrutura: Betão com deflector

Manto interior: enrocamento 1 t

Núcleo: T.O.T


(Braña & Guillén, 2004)


22

FICHA 17 - QUEBRAMAR DO PORTO DE FERROL – ESPANHA

Perfil tipo




Onda de projecto: 6 a 7.6m


Concepção:

Manto exposto: blocos cúbicos de 90t

Super estrutura: Betão com deflector


Núcleo: T.O.T




23

FICHA 18 - QUEBRAMAR DO PORTO DE A CORUÑA - SECÇÃO 1 – ESPANHA

Perfil tipo






Concepção:




Núcleo: T.O.T




24

FICHA 19 - QUEBRAMAR DO PORTO DE A CORUÑA - SECÇÃO 2 – ESPANHA

Perfil tipo






Concepção:




Núcleo: T.O.T




25

FICHA 20 - QUEBRAMAR DA ILHA DE TORY – IRLANDA

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: core-loc 9.6 t no tronco e 12t na cabeça

Super estrutura: n.a.

Manto interior:

Núcleo: T.O.T


(Sigurarson, et al., 2005)


26

FICHA 21 - QUEBRAMAR DO PORTO DE ORIEL - IRLANDA

Perfil tipo





Período de onda: 10.7s

Concepção:

Manto exposto: Xbloc 4m3, 9.5 t


Manto interior:

Núcleo: T.O.T


(Berge, et al., 2006)


27

FICHA 22 - QUEBRAMAR DO PORTO DE KAUMALAPAU – LANAI – HAWAII

Perfil tipo



Amplitude de Maré: 0.6 m



Concepção:

Manto exposto: Core-Loc 35 t


Manto interior: Core-Loc 35 t

Núcleo: T.O.T


(Hays, et al., 2006)


28

FICHA 23 - QUEBRAMAR CIERVANA – B ILBAO – ESPANHA

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: paralelepípedos de 100t



Núcleo: T.O.T


(Clifford, 1995)


29

FICHA 24 - QUEBRAMAR DO PORTO DE BADALONA – ESPANHA (MAR MEDITERRÂNEO)

Perfil tipo



Amplitude de Maré:

Onda de projecto:

Concepção:

Manto exposto: enrocamento de 18.5 Tf



Núcleo: T.O.T


(Delft Hydraulics, 2002)


30

FICHA 25 - QUEBRAMAR DO PORTO DE PECÉM – BRASIL

Perfil tipo de projecto

Perfil monitorizado em Junho de 2004






Concepção:

Manto exposto: enrocamento 1<W<6 t

Super estrutura: não existe

Manto interior: enrocamento 1<W<6 t

Núcleo: 5.0<W<1000 kg


(Sayao, Accetta, Valtair, Pinto, Freire, & Silva)


31

FICHA 26 - QUEBRAMAR DA BASE DA LAJES – PRAIA DA VITÓRIA, ILHA TERCEIRA – AÇORES, PORTUGAL

Perfil original 1961

Cota de coroamento: +6.7 mZH




Período de onda:

Concepção:

Manto exposto: enrocamento 9<W<13 t, substituído em 1962 por Tetrápodes 15 t



Núcleo: T.O.T.


Perfil modificado 2008



32




Período de onda:

Concepção:

Manto exposto: enrocamento 5.0<W<15 te Core-Loc 32t


Manto interior: enrocamento 2.5<W<5.0 t

Núcleo: T.O.T.


(Scott, et al., 2006)


33

FICHA 27 - QUEBRAMAR DO PORTO DE ARVIKSAND – ISLÂNDIA

Perfil tipo





Período de onda:

Concepção:

Manto exposto: enrocamento 5.5 t



Núcleo: T.O.T


(Lothe & Espedal, 1994)


34

FICHA 28 - QUEBRAMAR DO PORTO DE HELGUVIK – ISLÂNDIA

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: berma: 1.0<W<7.0 t



Núcleo: T.O.T


(Sigurdarson, et al., 1994)


35

FICHA 29 - QUEBRAMAR DO PORTO DE BLONDOUS – ISLÂNDIA

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: berma: 1.0<W2<6.0 t

0.4<W3<1.0 t



Núcleo: W4: T.O.T




36

FICHA 30 - QUEBRAMAR DO PORTO DE BOLUNGARVIK – ISLÂNDIA

Perfil tipo






Concepção:


1.0<W3<3.0 t



Núcleo: W4: T.O.T.




37

FICHA 31 - QUEBRAMAR DO PORTO DE SIREVÅG – NORUEGA

Perfil tipo



Amplitude de Maré:

Onda de projecto: 7.0m (já resistiu a ondas de 8.5 sem alteração de perfil)


Concepção:

Manto exposto: enrocamento 20<W I<30 t

10<W II<20 t

4<W III<10 t

1<W IV<4 t

Núcleo: T.O.T


(Bjørdal, et al., 2004)


38

FICHA 32 - QUEBRAMAR DA CENTRAL DE HAMMERFEST LNG – NORUEGA

Perfil tipo



Amplitude de Maré:



Concepção:

Manto exposto: enrocamento 20<W1<35 t

10<W2<20 t

4<W3<10 t

1.5<W4<4 t

0.5<W5<1.5 t


Manto interior: terrapleno

Núcleo: T.O.T




39

FICHA 33 - QUEBRAMAR DO AEROPORTO DA MADEIRA – PORTUGAL

Perfil tipo

Cota de coroamento:

Cota dos fundos:

Amplitude de Maré: 2 m



Concepção:

Manto exposto: enrocamento 0.5<W<4 t

Super estrutura: na

Manto interior: terraplano

Núcleo: T.O.T

Ano de Construção: 1995 a 1998

(Abecassis & Ferreira da Costa, 2004)


40

FICHA 34 - QUEBRAMAR DO PORTO DE KEILISNES – ISLÂNDIA

Perfil tipo






Concepção:


8.0<W2<14.0

3.0<W3<8.0

1.0<W4<3.0


Manto interior: Paramento vertical acostável para navios até 60 000 DWT

Núcleo: T.O.T

Nota: formar-se-á um perfil do tipo-S




41

FICHA 35 - QUEBRAMAR DE HAMMOND INDIANA – CHICAGO – E.U.A.

Perfil tipo




Onda de projecto: 7.2 m - quebramar submerso

2.7 m - quebramar principal


Concepção:

Manto exposto: Quebramar tradicional: enrocamento de 3 t

Quebramar submerso: enrocamento de 0 a 1 t



Núcleo: T.O.T


Nota: com a utilização deste sistema de quebramares pode-se reduzir o enrocamento do manto resistente do quebramar principal de 8 t para 3 t.

(Cox, et al., 1991)


42

FICHA 36 - QUEBRAMAR DO PORTO DO CANIÇAL – MADEIRA

Perfil tipo





Concepção:

Manto exposto: Quebramar misto com caixotões


Manto interior: Caixotão acostável

Núcleo: T.O.T


(Plano director do porto do Caniçal, 2004)


43

FICHA 37 - QUEBRAMAR ESTE DO PORTO DE OKOHAMA – JAPÃO

Perfil tipo


Cota dos fundos: -7.32 mZH



Concepção:

Manto exposto: paramento vertical em betão


Manto interior:

Núcleo: solo argiloso


(Goda, 1992)


44

FICHA 38 - QUEBRAMAR NORTE DO PORTO DE OTARU – JAPÃO

Perfil tipo

Cota de coroamento:

Cota dos fundos:



Concepção:

Manto exposto: blocos de betão de 12 t


Manto interior:

Núcleo:


(Goda, 1992)


45

FICHA 39 - QUEBRAMAR DA ILHA DO PORTO DE OTARU – JAPÃO

Perfil tipo


Cota dos fundos:



Concepção:

Manto exposto:

Super estrutura: betão

Manto interior:

Núcleo:


(Goda, 1992)


46

FICHA 40 - QUEBRAMAR DO PORTO DE ONAHAMA – JAPÃO

Perfil tipo





Concepção:

Manto exposto: blocos de betão


Manto interior: blocos de betão

Núcleo: enrocamento 10<W<100 kg


(Goda, 1992)


47

FICHA 41 - QUEBRAMAR EXTERIOR DO PORTO DE YOKOHAMA – JAPÃO

Perfil tipo


Cota dos fundos:



Concepção:

Manto exposto:


Manto interior:

Núcleo: enrocamento e argila dura


(Goda, 1992)


48

FICHA 42 - QUEBRAMAR OESTE DO PORTO NORTE DE WAKAYAMA – JAPÃO

Perfil tipo





Concepção:

Manto exposto: blocos de betão


Manto interior: blocos de betão

Núcleo:


(Goda, 1992)


49

FICHA 43 - QUEBRAMAR TSUNAMI DO PORTO DE OFUNATO – JAPÃO

Perfil tipo




Onda de projecto: 6m (tsunami)

4m (vento)

Período de onda: 15 a 40 min (tsunami)

9 s (vento)

Concepção:

Manto exposto: enrocamento W>50 kg


Manto interior: enrocamento W>50 kg

Núcleo: T.O.T.


(Goda, 1992)


50

FICHA 44 - QUEBRAMAR DO PORTO DE HOSOJIMA – JAPÃO

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: blocos de betão 2 t


Manto interior: enrocamento W= 1000 kg

Núcleo: T.O.T.


(Goda, 1992)


51

FICHA 45 - QUEBRAMAR “ OFFSHORE” DO PORTO DE ONAHAMA – JAPÃO

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: blocos de betão 10 t


Manto interior: enrocamento W= 800 kg

Núcleo: enrocamento 50<W<800 kg


(Goda, 1992)


52

FICHA 46 - QUEBRAMAR DESTACADO SUL DO PORTO DE HOSOSHIMA - JAPÃO

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: dolos reforçados 80 t


Manto interior: caixotão com cobertura inclinada

Núcleo:


Nota: os dolos são reforçados com uma estrutura metálica com uma densidade de 100kg/m3.

A inclinação do paramento de barlamar do caixotão reduz as forças horizontais provocadas pelas ondas e, ao mesmo tempo, produz uma componente vertical descendente na força das ondas.

(Hanzawa, et al., 2006)


53

FICHA 47 - QUEBRAMAR DO PORTINHO DE VILA PRAIA DE ÂNCORA - PORTUGAL

Perfil tipo





Concepção:

Manto exposto: blocos artificiais


Manto interior: blocos artificiais

Núcleo: enrocamento T.O.T.


(Projecto base do portinho de Vila Praia de Âncora)


54

FICHA 48 - QUEBRAMAR NORTE DO PORTO DE LEIXÕES - MATOSINHOS - PORTUGAL


Onda de projecto: 9.5 m

Perfil tipo (solução executada)

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPOD

ES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3t

ENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)



Concepção:

Manto exposto: quebramar submerso: blocos 90 t

Quebramar emerso: Tetrápodes 40 t


Manto interior: enrocamento W>3 t

Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T.


Nota: apresenta graves problemas em termos de galgamento e deslocamento de blocos. A vulnerabilidade da camada de Tetrápodes pode ser explicada pelo ângulo de talude bem como pela baixa permeabilidade do quebramar submerso que suporta a estrutura e a proximidade com a superestrutura.


55

Com a redução do ângulo do talude, a estabilidade do manto resistente e o galgamento devem melhorar. A massa de água é grandemente reflectida o que leva a um significativo número de blocos deslocados.

(Veloso Gomes et al., 2006)

Solução testada: B



Concepção:





Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: A solução B deriva da secção transversal original construída em 1969 mas com a batimetria de barlamar actualizada baseada em sondagens realizadas em Maio de 2003. Nesta solução ocorrem os mesmos problemas que na solução construída. O aumento do nível do fundo do mar leva a que as ondas maiores rebentem antes de atingirem a estrutura, contribuindo para a estabilidade e a redução do galgamento.


+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPODES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3tENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)


56

Solução testada: C



Concepção:



Quebramar destacado: cubos 90 t



Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: A solução C é baseada na solução adoptada para a cabeça do quebramar em 1979. Consiste num quebramar submerso destacado com o coroamento à cota +0.0m ZH, construído com blocos cúbicos de 90t no lado de barlamar e que provoca a rebentação da onda dissipando assim a energia da onda antes desta atingir o quebramar principal. Esta solução provou ser uma das mais eficazes em termos de galgamento mas é também a mais onerosa. (Veloso Gomes et al., 2006)

-12.00

+4.00

ENR. até 4t1/1

-17.00

-20.00

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-14.00

-7.00

10.00

2/1

7.00

4/1

BLOCOS : ~90t2/1

4/1

-6.00

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

-8.00

2/1

4/1

+7.254/3

TETRAPOD

ES 40t

-8.00

ENR.> 3t

+1.00

ENR.> 1.5t

+6.30

+3.50

2/1

TOT

+3.50

TOT

-1.00

TOT

+15.00

+11.50

-5.00

ENR.> 0.5t

-10.00

ENR. até 4t

-7.00

3/2

ENR.> 3t

5/4


57

Solução testada: D

+4.00

ENR. até 4t1/1

-17.00

-20.00

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-14.00

BLOCOS : ~90t

2/1

-7.007.00

4/1 4/1

2/1

-6.00

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

-8.00

2/1

4/1

+7.254/3

TETRAPOD

ES 40t

-8.00

ENR.> 3t

+1.00

ENR.> 1.5t

+6.30

+3.50

2/1

TOT

+3.50

TOT

-1.00

TOT

+15.00

+11.50

-5.00

ENR.> 0.5t

-10.00

ENR. até 4t

-7.00

3/2

ENR.> 3t

5/4



Concepção:



Quebramar destacado: cubos 90 t



Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: é uma solução semelhante à solução C sendo que a única diferença é a elevação da cota de coroamento do quebramar submerso destacado para a cota +2.0mZH. Esta solução reduziu de uma forma significativa o galgamento e o número de blocos deslocados. Comparativamente à solução existente a altura de onda que chega ao quebramar principal foi reduzida em 72%, para 1.6m.


58

Solução testada: E

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPOD

ES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3t

ENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)



Concepção:





Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a solução E usa uma berma construída com blocos de 90t a barlamar da estrutura com o coroamento da mesma à cota +4.0m ZH. Os testes mostraram um aumento do galgamento comparativamente à solução B. Esta solução forma um efeito de rampa o que leva as ondas a chegarem facilmente ao coroamento da berma devido à baixa porosidade desta. O ângulo do talude é muito elevado e, por essa razão, a rebentação dá-se muto perto da estrutura. Embora com 15m de largura, a berma não apresentou bons resultados. (Veloso Gomes et al., 2006)


59

Solução testada: F



Concepção:





Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a solução F é parecida com a solução E sendo que a principal diferença é a elevação do coroamento da berma para a cota +7.0mZH. Os resultados foram semelhantes aos da solução E verificando-se também o efeito de rampa se repetiram e a rebentação das ondas ocorria sobre a berma devido à baixa porosidade da mesma.


+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPOD

ES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3tENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

~ +7.00


60

Solução testada: G

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPODES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3tENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

~ +7.00



Concepção:





Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a solução G só difere da solução F no aumento da porosidade da berma para melhorar a dissipação de energia e diminuir o efeito de “rampa”. Os resultados não mostraram diferenças significativas. O aumento da porosidade não melhorou a estabilidade global.



61

Solução testada: H

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPODES

40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3tENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.25

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

BLOC

OS:~90t



Concepção:





Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a camada de Tetrápodes tem um papel importante na dissipação, embora a presente inclinação da camada de Tetrápodes seja muito acentuada, o que contribui para a fragilidade da dita camada. A solução H aumenta a camada de Tetrápodes reduzindo a sua inclinação. Os resultados dos ensaios não demonstram diferenças consideráveis entre esta solução e as anteriores para os períodos de onda maiores. O custo das operações de manutenção é substancialmente mais elevado devido ao aumento do número de Tetrápodes. Embora o movimento dos blocos seja menor, esta solução ainda provoca um certo efeito de “rampa”.



62

Solução testada: I

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPODES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3tENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)



Concepção:





Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a solução I consiste no aumento da cota de coroamento da superestrutura para +17.0mZH. O resultado mostra uma grande diminuição do galgamento mas um maior número de blocos deslocado. Este maior número de blocos deslocados pode ser explicado pelo refluxo da massa de água após atingir a parede vertical do quebramar.



63

Solução testada: J

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOC

OS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3t

ENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.25

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)

BLOCOS:~90t

2/1



Concepção:


Quebramar emerso: blocos 90 t



Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a solução J consiste na substituição da camada de Tetrápodes de 40 t por uma camada de blocos cúbicos de 90 t. A maior resistência individual dos blocos aumenta a estabilidade da camada. No entanto, os resultados mostram um aumento significativo do galgamento para o período de onda maior, sendo o efeito de “rampa” explicado pela baixa porosidade da camada. As ondas também rebentam muito perto da estrutura, o que é muito reflectivo, tal qual as soluções A e B.



64

Solução testada: K

+4.00

ENR. até 4t

ENR. até 4t

BLOCOS:~90t

ENR. até 4t

2/1

4/1

TETRAPOD

ES 40t

ENR.> 3t

TOT

2/1 -5.00

ENR.> 3t

ENR.> 0.5t

3/2

5/4

-6.00

-8.00

+7.254/3

ENR.> 1.5t

TOT+3.50

+15.00

+11.50

+1.00

+6.30

+3.50

-7.00

-10.00

-14.00

-1.00

-8.00

B.M.A.V + 0.00(Z.H.)

-17.00

-20.00

TOT

P.M.A.V + 4.00(Z.H.)BLOCOS:~90t



Concepção:

Manto exposto: blocos 90 t



Núcleo: enrocamento W<4 t e T.O.T Nota: a solução K consiste numa longa berma com 15m de comprimento construída sobre a presente estrutura, cuja cota de coroamento está a +11.5mZH. Os resultados mostram um aumento da estabilidade dos blocos mas ocorrem galgamentos significativos para os períodos mais elevados. Ocorre também o efeito de “rampa” já presente nos outros testes. A extensão do trecho horizontal pode ter melhorado o galgamento mas aumenta os custos.



65

FICHA 49 - QUEBRAMAR SUL DO PORTO DA PÓVOA DE VARZIM – PORTUGAL

Perfil tipo

Localização


Cota dos fundos:


Onda de projecto:

Concepção:

Manto exposto: enrocamento de 5 Tf



Núcleo: T.O.T

(Graça Neves, et al., 2008)


66

FICHA 50 - QUEBRAMAR DESTACADO DA COSTA EMILIA ROMAGNA - ITÁLIA

Perfil tipo


Cota dos fundos: -2.5 a -3.0 mZH



Concepção:




Núcleo: T.O.T

Ano de Construção: de 1950 a 1978 (180 segmentos ao longo de 20 km de costa)

(Liberatore, 1992)


67

FICHA 51 - QUEBRAMAR DESTACADO DE FIORENZOLA DEI FOCARA - ITÁLIA

Perfil tipo

Cota de coroamento: -1.0 m MSL

Cota dos fundos: -2.9 m MSL



Concepção:


Super estrutura: nao


Núcleo: T.O.T

Ano de Construção: de 1985 a 1992

(Liberatore, 1992)


68

FICHA 52 - QUEBRAMAR DE GRASSY BAY - AUSTRALIA

Perfil tipo



Amplitude de Maré:


Concepção:


Super estrutura: enrocamento 10 t


Núcleo: T.O.T


(PIANC, 1992)


69

FICHA 53 - QUEBRAMAR DE CODROY – NEWFOUNDLAND - CANADÁ

Perfil tipo



Amplitude de Maré:


Concepção:




Núcleo: T.O.T


(PIANC, 1992)


70

FICHA 54 - QUEBRAMAR DE CRESCENT CITY – E.U.A.

Perfil tipo



Amplitude de Maré:


Concepção:



Manto interior: enrocamento 5 t

Núcleo: enrocamento 1 t


(PIANC, 1992)


71

FICHA 55 - QUEBRAMAR DE VISBY - SUÉCIA

Perfil tipo





Concepção:



Manto interior: calcário 1 a 5 t

Núcleo: T.O.T


(PIANC, 1992)


72

FICHA 56 - QUEBRAMAR OESTE DE LE HAVRE – FRANÇA

Perfil tipo





Concepção:

Manto exposto: cubos Antifer 2.4 t


Manto interior: terrapleno

Núcleo: saibro arenoso


(PIANC, 1992)


73

FICHA 57 - QUEBRAMAR DE RICHARD BAY – AFRICA DO SUL

Perfil tipo



Amplitude de Maré:


Concepção:

Manto exposto: dolos 30 t


Manto interior: dolos 30 t

Núcleo: enrocamento 0<W<1000 t


(PIANC, 1992)


74

FICHA 58 - QUEBRAMAR DE TORSHAVN – ILHAS FAROE

Perfil tipo



Amplitude de Maré:


Concepção:



Manto interior: caixotão acostável

Núcleo: T.O.T


(PIANC, 1992)


75

FICHA 59 - QUEBRAMAR NORTE DE SAKATA - JAPÃO

Perfil tipo





Concepção:




Núcleo: n.a.


(PIANC, 1992)


76

FICHA 60 - QUEBRAMAR NORTE DE NAHA - JAPÃO

Perfil tipo





Concepção:



Manto interior: caixotão acostável e blocos de betão 10 t

Núcleo: enrocamento 5 a 200 kg


(PIANC, 1992)


77

FICHA 61 - QUEBRAMAR DE HACHINOHE FIRST CENTRE - JAPÃO

Perfil tipo





Concepção:




Núcleo: n.a.


(PIANC, 1992)


78

FICHA 62 - QUEBRAMAR DESTACADO DO PORTO DE SAKATA – SECÇÕES II E III - JAPÃO

Perfil tipo





Período de onda: 10.5 s

Concepção:




79


Núcleo: n.a.


(PIANC, 1992)


80

FICHA 63 - QUEBRAMAR DE B ILBAO – DIQUE DE PUNTA LUCERO – ESPANHA

Perfil tipo






Concepção:

Manto exposto: paralelepípedos de 150 t



Núcleo: T.O.T




81

FICHA 64 - QUEBRAMAR DO PORTO DE LAUKVIK – NORUEGA

Perfil tipo



Amplitude de Maré:



Concepção:

Manto exposto: enrocamento 20<W<30t

Super estrutura:

Manto interior: Estrutura de betão do quebra-mar antigo

Núcleo: T.O.T

Ano de Construção: posterior a 2000

(Bjørdal, et al., 2004)


82

FICHA 65 – QUEBRAMAR SUL DO PORTO DA PRAIA DA VITÓRIA, ILHA TERCEIRA – AÇORES – PORTUGAL

Perfil tipo





Período de onda:

Concepção:

Manto exposto: Enrocamento 12<W<15 t no trecho de enraizamento (100m)

Tetrápodes de 30t no restante cumprimento (1200m)

Blocos cúbicos Antifer de 33t na cabeça


Manto interior: Enrocamento + secção acostável

Núcleo: T.O.T


(Silva, 1997)


83

FICHA 66 – MOLHES DO DOURO, PORTO - PORTUGAL

Perfil tipo

Molhe Norte

Molhe Sul

Cota de coroamento: Molhe Norte: +7.0mZH


84

Molhe Sul: +6.0 mZH





Concepção:

Molhe Norte: Quebramar Vertical

Molhe Sul:

Manto exposto: Blocos cúbicos Antifer de 8t


Manto interior: Blocos cúbicos Antifer de 8t

Núcleo: T.O.T


(Concurso público no âmbito da U.E. para adjudicação da empreitada da concepção/projecto e construção das obras necessárias à melhoria das acessibilidades e das condições de segurança na barra do Douro, 1999)


85

Anexo 2 – Quadro resumo das fichas de quebramares


87

Ficha Quebramar Ano de construção

Tipo de Quebramar Manto resistente

Cota de coroamento

(mZH)

Onda de projecto

(m)

1 Quebramar do porto

do Funchal - Madeira

- Taludes Tetrápodes 25 t +11.0 7.8


do Porto Santo - Madeira

- Taludes Blocos Antifer

30 t +10.5 -

3 Quebramar do porto de Sines – Portugal 1973-1978 Taludes

Blocos Antifer 90 t

+13.0 11.0

4 Quebramar de Bilbao – Espanha - Taludes Paralelepípedos

de 85 t +21 8.0

5 Quebramar Norte do porto da Figueira da

Foz - Portugal 2008 - 2010 Taludes Antifer 50 t +7.5 9.0

6

Quebramar Norte do porto da Figueira da

Foz – Quebramar Original - Portugal

- Taludes Tetrápodes 20 t +7.5 9.0

7 Quebramar Punta Langosteira - La

Coruña - Espanha - Taludes Cubos de betão

de 150 t +7.5 15.0

8 Quebramar Este do porto de Zeebrugge – Bruges - Bélgica

1982 Taludes Antifer 30 t +12.5 6.2

9 Quebramar de

Riviere-au-Renard – Quebec - Canada

1972 Taludes Dolos 4.5 t +8.0 6.3

10 Quebramar do porto de St. Paul - Alaska 1984 Berma Enrocamento

0.75<W<8 t +9.0 7.6

11 Quebramar de Óstia – Itália 2000 Taludes Enrocamento

3<W<7 t +4.5 5.0

12 Quebramar de

Gansbaai – África do Sul

1964 - 1980 Taludes Dolos 25 t +7.5 6.0

13 Quebramar do porto d'Arzew El Djedid -

Argélia 1976-1979 Taludes Tetrápodes 48 t +9.0 6.5

14

Quebramar de Ijmuidem –

Amsterdam - Holanda

Fim da década de

1960 Taludes blocos de 22, 30

e 45 t +1.5 7.0

15

Quebramar Sul do porto de Constantza

– România – Mar Negro

- Taludes Antifer 15t Stabilopodes 25t +9.0 -


de Alicante - Espanha

- Taludes Cubos de betão 20 t +7.5 4.0 a 9.0

17 Quebramar do porto de Ferrol - Espanha - Taludes Cubos de betão

90 t +18.0 6.0 a 7.6


88



Cota de coroamento

(mZH)

Onda de projecto

(m)


de A Coruña - secção 1 - Espanha

- Taludes Cubos de betão 67 t +19.5 8.0 a

12.0


de A Coruña - secção 2 - Espanha

- Taludes Cubos de betão 150 t +25.0 12 a 16

20 Quebramar da ilha de Tory - Irlanda 2000 Taludes Core-lock 9.6 t +8.0 5.8

21 Quebramar do porto de Oriel - Irlanda 2004 Taludes Xbloc 9.5 t +8.0 5.7


de Kaumalapau – Lanai - Hawaii

2006 Taludes Core-Loc 35 t +4.42 9.8

23 Quebramar Ciervana – Bilbao - Espanha - Taludes Paralelepípedos

de 100t +16.0 11.0

24

Quebramar do porto de Badalona – Espanha (Mar Mediterrâneo)

- Berma Enrocamento de 18.5 t +7.4 -

25 Quebramar do porto de Pecém - Brasil 2001 Berma Enrocamento

1<W<6 t +6.0 3.0

26

Quebramar da Base da Lajes – Praia da

Vitória, Ilha Terceira – Açores – Portugal

1961 - 2008 Berma

Enrocamento 5.0<W<15 t

Core-Loc 33 t +9.0 5.0


de Arviksand - Islândia

1991 Berma Enrocamento

5.5 t +6.0 7.0

28 Quebramar do porto de Helguvik - Islândia 1988 Berma Enrocamento

1.0<W<7.0 t +9.0 5.8

29 Quebramar do porto de Blondous - Islândia 1994 Berma Enrocamento

1.0<W<6.0 t +7.0 4.8


de Bolungarvik - Islândia

1992 Berma Enrocamento 3.0<W2<8.0 t +9.5 6.3

31 Quebramar do porto de Sirevåg - Noruega 2001 Berma Enrocamento

20<W<30 t +10.0 7.0

32 Quebramar da central de Hammerfest LNG -

Noruega - Berma Enrocamento

20<W<35 t +12.0 7.5

33 Quebramar do

aeroporto da Madeira - Portugal

1995 - 1998 Berma Enrocamento

0.5<W<4 t - -

34 Quebramar do porto de Keilisnes - Islândia 1992 Berma Enrocamento

14.0<W1<30.0 t +14.0 5.9


89



Cota de coroamento

(mZH)

Onda de projecto

(m)

35 Quebramar de

Hammond Indiana – Chicago – E.U.A.

- Composto Enrocamento de 3 t +5.0 7.2

36 Quebramar do porto do Caniçal - Madeira - Misto - +10.0 7.8

37 Quebramar Este do porto de Okohama -

Japão

1890 - 1896 Misto - +2.35 3.0

38 Quebramar Norte do

porto de Otaru - Japão

1897 - 1907 Misto Blocos de betão

de 12 t - -

39 Quebramar da ilha do

porto de Otaru - Japão

1912 - 1917 Misto - +1.67 6.0

40 Quebramar do porto de Onahama - Japão

1929 a 1938 Misto Blocos de betão +2.8 8.5

41 Quebramar exterior

do porto de Yokohama - Japão

1928 a 1943 Misto - +3.5 3.0

42 Quebramar Oeste do

porto Norte de Wakayama - Japão

1957 a 1960 Misto Blocos de betão +5.0 6.0

43 Quebramar Tsunami do porto de Ofunato -

Japão

1962 a 1968 Misto Enrocamento

W>50 kg +5.0 6.0

44 Quebramar do porto de Hosojima - Japão 1980 Misto Blocos de betão

2 t +5.1 8.3

45 Quebramar “offshore”

do porto de Onahama - Japão

1980 Misto Blocos de betão 10 t +6.0 13.3

46

Quebramar destacado Sul do

porto de Hososhima - Japão

1980 Misto Dolos reforçados 80 t +9.0 12.1

47 Quebramar do

portinho de Vila Praia de Âncora - Portugal

1980 Misto Blocos de betão +9.5 5.3

48

Quebramar Norte do porto de Leixões -

Matosinhos - Portugal

1969 Composto Blocos de betão

90 t Tetrápodes 40 t

+15.0 9.5

49 Quebramar Sul do porto da Póvoa de Varzim - Portugal

- Misto Enrocamento de 5 t +7.25 -


90



Cota de coroamento

(mZH)

Onda de projecto

(m)

50

Quebramar destacado da costa Emilia Romagna -

Itália

1950 - 1978

Destacado emerso

Enrocamento 3<W<7 t +1.2 2.3

51

Quebramar destacado de

Fiorenzola dei Focara - Itália

1985 - 1992

Destacado submerso

Enrocamento 3<W<7 t -1.0 2.2

52 Quebramar de Grassy Bay -

Australia 1973 Berma Enrocamento

0<W<2 t +6.1 9.1

53

Quebramar de Codroy –

Newfoundland - Canadá

1984 Berma Enrocamento 8<W<9 t +5.5 6.5

54 Quebramar de Crescent City –

E.U.A. 1974 Taludes Dolos reforçados

38 t +6.1 11.5

55 Quebramar de Visby - Suécia 1980 Taludes Tetrápodes 8 t +5.0 4.5

56 Quebramar Oeste de Le Havre - França 1972 Taludes Antifer 2.4 t +12.0 3.5

57 Quebramar de

Richard Bay – Africa do Sul

1976 Taludes Dolos 30 t +8.0 7.2

58 Quebramar de

Torshavn – Ilhas Faroe

1972 Taludes Enrocamento 5<W<8 t 4.5 4.0

59 Quebramar Norte de Sakata - Japão 1975 Misto Tetrápodes 32 t +5.0 6.8

60 Quebramar Norte de Naha - Japão 1980 Misto Dolos reforçados

50 t +8.5 10.7

61 Quebramar de

Hachinohe First Centre - Japão

1982 Misto Tetrápodes 50 t +5.7 6.7

62

Quebramar destacado do porto

de Sakata – secções II e III - Japão

1973 Misto Tetrápodes 32 t +5.0 5.9

63 Quebramar de Bilbao

– dique de Punta Lucero - Espanha

- Taludes Paralelepípedos de 150 t +19.5 10.0

64 Quebramar do porto de Laukvik - Noruega

posterior a 2000 Berma Enrocamento

20<W<30 t +13.0 9.4

65

Quebramar Sul do porto da Praia da

Vitória, Ilha Terceira – Açores - Portugal

1990 Taludes Tetrápodes de 30t +11.5 7.5

66 Molhes do Douro, Porto - Portugal 2008 Taludes

Misto Antifer 8 t +6.0 + 7.0 8.5

Caso de estudo: Molhe Norte do Porto da Figueira da Foz

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