Livro Obras e Gestão de Portos e Costas

Paolo Alfredini Emilia Arasaki

A técnica aliada ao enfoque logístico e ambiental

INSTITUTO MAUA DE TECNOLOGIA

MAUA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

EDITORA

BLUCHER 50 anos

PROÊMIO PANORAMA H IDROVIÁRIO E DO GERENCIAMENTO COSTEIRO NO BRASIL

1 2 3

4

Panorama Hidroviário Nacional Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem 3.1 Introdução 3.1.1 Sustentabilidade da cabotagem Marinas e Atracadouros Pesqueiros

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8 19 23 23 28 33

PARTE 1 HIDRÁULICA MARÍTIMA

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Hidrodinâmica das Ondas do Mar

1.1 Introdução sobre Ondas de Oscilação 1.2 Ondas Monocromáticas e Ondas Naturais 1.3 Dispersão da Onda e Velocidade de Grupo 1.4 Energia da Onda 1.4.1 Pressão subsuperficial 1.4.2 Energia e potência das ondas 1.5 Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas 1.5.1 Distribuição das alturas de ondas numa tempestade 1.5.2 Distribuição estatística de longo período 1.6 Efeitos de Águas Rasas 1.6.1 Empolamento e refração 1.6.2 Arrebentação 1.7 Difração 1.8 Reflexão 1.9 Correntes Longitudinais Produzidas pela Arrebentação 1.9.1 Considerações gerais 2

Marés e Correntes

2.1 Dinâmica da Maré Estuarina 2.1.1 Considerações gerais sobre a maré astronômica 2.1.2 Considerações gerais sobre a maré meteorológica 2.1.3 Descrição matemática das marés astronômicas 2.1.4 A maré astronômica real em estuários 2.1.5 Modificações dinâmicas da maré astronômica em estuários 2.1.6 Efeitos das larguras e profundidades nas massas estuarinas 2.1.7 Previsão da maré astronômica por análise harmônica 2.2 Propagação da Maré em Estuários 2.2.1 Circulação e misturação 2.2.2 Tipos de circulação 2.2.3 Variação relativa do nível médio do mar e seus impactos

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Obras e Gestão de Portos e Costas

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Processos Litorâneos

3.1 Introdução 3.2 Origens e Características dos Sedimentos de Praia 3.2.1 Conáiderações gerais 3.2.2 Balanço sedimentar 3.2.3 Características dos sedimentos de praia 3.3 Circulação Induzida pelas Ondas junto à Costa 3.3.1 Considerações gerais 3.3.2 Ataque frontal 3.3.3 Ataque oblíquo 3.4 Descrição do Transporte de Sedimentos Litorâneo 3.4.1 Considerações gerais 3.4.2 Ao largo da arrebentação 3.4.3 Região de arrebentação 3.5 Perfis de Praia e Formações Costeiras Típicas 3.5.1 Perfis transversais de praia 3.5.2 Formações costeiras típicas 3.6 Análise Quantitativa do Processo de Transporte Litorâneo 3.6.1 Início do movimento de sedimentos não-coesivos e conformações de fundo 3.6.2 A estimativa da vazão do transporte litorâneo 4

Hidráulica Estuarina

4.1 Descrição Geral das Embocaduras Marítimas 4.1.1 Definição generalizada de estuário e a importância do seu estudo 4.1.2 Classificação dos estuários 4.1.3 Características gerais dos processos estuarinos 4.2 Intrusão Salina em Estuários 4.2.1 Descrição da dinâmica da intrusão salina 4.2.2 Mecanismo de uma cunha salina estacionária 4.2.3 Análise de estuários misturados 4.3 Processos Sedimentológicos 4.3.1 Fontes sedimentares 4.3.2 Dinâmica do transporte de sedimentos 4.4 Processos Morfológicos 4.4.1 Considerações gerais 4.4.2 Conceito de equilíbrio dinâmico ou de regime em estuários 4.4.3 Conceito de estuário ideal 4.4.4 Processos morfológicos em deltas 4.4.5 Processos morfológicos em embocaduras de maré 4.5 Estudos de Casos 4.5.1 Aspectos relativos à dinâmica hidráulico-salina do baixo Rio Cubatão (SP) 4.5.2 Modelo analítico para vazão de barreira hidráulica no Rio Cubatão (SP) 4.5.3 Impacto da vazão da Barragem do Valo Grande na distribuição de salinidade no Complexo EstuarinoLagunar de Iguape-Cananeia (SP) 4.5.4 O Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (MA) 4.5.5 Estudo da dispersão de efluentes de emissários submarinos na Baixada Santista (SP)

131 131 134 134 136 140 142 142 143 143 145 145 146 147 151 151 154 173 173 178 185 185 185 188 193 196 196 198 199 200 200 204 216 216 216 216 217 223 225 225 231 234 238 247

Obras e Gestão de Portos e Costas

PARTE 2 253

HIDRÁULICA FLUVIAL

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Transporte de Sedimentos — Curva-chave e . Distribuição das Tensões na Fronteira 5.1 Introdução 5.1.1 Considerações gerais 5.1.2 Condicionantes do transporte de sedimentos 5.1.3 A erosão por ação hidráulica 5.1.4 A viabilidade de obras de Engenharia Hidráulica e o transporte de sedimentos 5.2 Modalidades do Transporte Sólido 5.3 Equilíbrio dos Escoamentos com Fundo Móvel 5.4 Curva-chave Sólida 5.5 Distribuição de Tensões de Arrastamento na Fronteira

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Transporte de Sedimentos — Início do Movimento/Conformações 273 de Fundo/Rugosidade 273 6.1 Hidráulica dos Escoamentos com Fundo Móvel 273 6.1.1 Lei de distribuição de velocidades 274 6.1.2 Perdas de carga nos escoamentos com fundo móvel 274 6.1.3 Turbulência 274 6.2 Propriedade dos Sedimentos 274 6.2.1 Caracterização 275 6.2.2 Origem 276 6.3 Início do Transporte Sólido por Arrastamento 276 6.3.1 Considerações gerais 276 6.3.2 Início do transporte 281 6.4 Conformações de Fundo

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Transporte de Sedimentos Arrastamento de Fundo e em Suspensão 7.1 Capacidade de Transporte por Arrastamento de Fundo 7.2 Transporte Sólido em Suspensão 7.2.1 Distribuição da concentração de sedimentos transportados em suspensão 7.2.2 Determinação da vazão sólida em suspensão 7.3 Transporte Sólido Total 7.3.1 Transporte sólido efetivo 7.3.2 Vazão sólida total

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9

—

Morfologia Fluvial Princípios 8.1 Introdução 8.2 Teoria do Regime 8.2.1 Geometria Hidráulica 8.2.2 Resposta fluvial 8.3 Evolução dos Cursos D'Água 8.3.1 Princípios fundamentais que regem a modelação do leito 8.3.2 Perfis longitudinais fluviais 8.3.3 Efeito dos filetes líquidos no processo hidrossedimentológico —

Morfologia Fluvial Características Planialtimétricas dos Cursos D'Água de Planície Aluvionar 9.1 Leis de Fargue 9.2 Meandros Divagantes

283 283 284 284 286 287 287 287 289 289 292 292 293 295 295 297 297

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Obras e Gestão de Portos e Costas

PARTE 3 OBRAS PORTUÁRIAS E COSTEIRAS

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Arranjo Geral Portuário

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10.1 Classificação dos Tipos de Portos 10.1.1 Definição 10.1.2 Natureza dos portos 10.1.3 Localização 10.1.4 Utilização 10.2 Obras de Melhoramento dos Portos 10.3 Arranjo Geral das Obras Portuárias 10.3.1 Obras portuárias encravadas na costa ou estuarinas 10.3.2 Obras portuárias salientes à costa e protegidas por molhes 10.3.3 Obra portuária ao largo protegida por quebra-mar 10.3.4 Outros tipos de arranjos gerais 10.4 Localização de Quebra-mares 10.5 Questões Fundamentais do Projeto das Obras Portuárias 10.6 Ações em Estruturas Portuárias Marítimas ou Fluviais

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Dimensões de Canais e Bacias Portuários

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11.1 Canais de Acesso 11.1.1 Aspectos relacionados à profundidade de canais de acesso portuários 11.1.2 Aspectos relacionados à largura de canais de acesso portuários 11.1.3 Exemplos de canais de acesso portuários 11.2 Bacias Portuárias 11.2.1 Bacias de evolução 11.2.2 Bacias de espera 11.2.3 Bacias do berço

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Obras de Abrigo Portuárias — Quebra-mares, Guias-correntes e 349 Espigões 349 12.1 Considerações Gerais sobre as Obras de Abrigo

12.1.1 Função 12.1.2 Finalidades 12.2 Tipos Convencionais de Obras de Abrigo 12.3 Tipos Não-convencionais de Obras de Abrigo 12.4 Escolha do Tipo de Obra

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Obras de Abrigo Portuárias — Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas

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13.1 Anteprojeto de Quebra-mar de Talude 13.1.1 Características gerais da seção transversal 13.1.2 Composição do maciço 13.1.3 Equipamentos e métodos construtivos 13.1.4 Fatores de projeto 13.1.5 Pré-dimensionamento da armadura 13.1.6 Pré-dimensionamento da seção transversal 13.2 Metodologia de Projeto de um Quebra-mar de Berma 13.3 Diagrama de Pressões sobre uma Parede Vertical 13.4 Dimensionamento do Peso dos Blocos de Espigões de Enrocamento

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Obras e Gestão de Portos e Costas

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Obras Portuárias Internas — Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios

14.1 Características Gerais, Classificação e Tipos Principais das Obras Acostáveis 14.2 Ação das Embarcações nas Obras Acostáveis 14.2.1 Considerações gerais 14.2.2 Defensas 14.2.3 Cabos de amarração 14.2.4 Equipamento de amarração baseado em terra 14.3 Elementos Básicos no Projeto Estrutural das Obras de Acostagem 14.3.1 Considerações gerais 14.3.2 Classificação do tipo estrutural 14.4 Portos Fluviais 14.4.1 Considerações gerais 14.4.2 Acesso e abrigo 14.4.3 Obras de acostagem 15

Obras Portuárias Internas — Instalações de Movimentação e Armazenamento de Cargas

15.1 Introdução 15.2 Berços para Carga Geral 15.2.1 Cota 15.2.2 Larguras das plataformas 15.2.3 Largura total da área no tardoz da frente do cais 15.2.4 Armazenamento coberto das cargas 15.2.5 Pátios de estocagem 15.2.6 Equipamento para movimentação de carga 15.3 Terminais de Contêineres 15.3.1 Considerações gerais 15.3.2 Cota e largura da plataforma 15.3.3 Pátio de contêineres e equipamento 15.3.4 Terminais mistos de carga geral e contêineres 15.4 Terminais Roll-on/Roll-off 15.5 Terminais para Granéis Líquidos 15.5.1 Considerações gerais 15.5.2 Berços convencionais para óleo cru e derivados de petróleo 15.5.3 Estocagem de granéis líquidos 15.5.4 Terminais convencionais para gases liquefeitos refrigerados e/ou comprimidos 15.5.5 Instalações de estocagem para gases liquefeitos 15.5.6 Terminais operando com boias 15.6 Terminais para Granéis Sólidos 15.6.1 Considerações gerais 15.6.2 Terminais convencionais de exportação 15.6.3 Terminais convencionais de importação 15.7 Exemplo de Equipamentos de um Porto com Carga Diversificada 15.8 Terminais e Portos Fluviais 16

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Organização, Gerenciamento e Operação Portuária

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16.1 Modelos de Política Portuária 16.1.1 Considerações gerais 16.1.2 Modelos de controle portuário 16.1.3 Atividade portuária

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Obras e Gestão de Portos e Costas

17

16.2 Mão-de-obra 16.3 Tarifas Portuárias 16.4 A Política de Gestão Integrada 16.5 Consideráções sobre Anteprojeto de Dimensionamento Operacional 16.5.1 Aspectos básicos 16.5.2 Dimensionamento do número de berços 16.5.3 Dimensionamento de instalações de armazenagem para granéis 16.6 Centro Integrado de Operação

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Obras de Defesa dos Litorais — Tipos de Obras

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17.1 Introdução 17.1.1 Erosão costeira 17.1.2 Obras de defesa dos litorais 17.1.3 Intervenções não-estruturais 17.2 Levantamento de Dados para o Projeto 17.3 As Obras de Defesa 17.3.1 Classificações genéricas 17.4 Obras Longitudinais Aderentes 17.4.1 Descrição 17.4.2 Funções 17.4.3 Limitações 17.4.4 Parâmetros funcionais do projeto 17.4.5 Materiais empregados 17.4.6 Modelos de obras longitudinais aderentes 17.5 Espigões 17.5.1 Descrição 17.5.2 Funções 17.5.3 Limitações 17.5.4 Utilização de espigão isolado 17.5.5 Utilização de um campo de espigões 17.5.6 Parâmetros funcionais do projeto 17.5.7 Materiais empregados 17.6 Quebra-mares Destacados da Costa 17.6.1 Descrição 17.6.2 Função 17.6.3 Funcionamento 17.6.4 Limitações 17.6.5 Parâmetros funcionais de projeto 17.6.6 Indicações para o estudo preliminar de um sistema de quebra-mares destacados 17.6.7 Materiais empregados 17.7 Alimentação Artificial das Praias 17.7.1 Descrição 17.7.2 Funções 17.7.3 Limitações 17.7.4 Parâmetros funcionais de projeto 17.7.5 Modelos de engordamentos artificiais de praias 17.8 Obras de Proteção contra a Ação do Mar 17.8.1 Diques 17.8.2 Fixação das dunas de areia

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Obras e Gestão de Portos e Costas

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Obras de Defesa dos Litorais a Linha de Costa

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Estimativa do Impacto sobre

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Obras Estuarinas

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19.1 Princípios das Obras de Controle e Aproveitamento dos Estuários 19.1.1 Princípios gerais 19.2 Métodos de Controle 19.3 Controle Hidráulico 19.3.1 Revestimentos de margem 19.3.2 Diques direcionadores 19.3.3 Espigões 19.3.4 Aumento do volume do prisma de maré 19.3.5 Alterações da defasagem entre variações de níveis e velocidades 19.3.6 Delimitações lagunares 19.4 Controle do Transporte de Sedimentos 19.4.1 Controle do fluxo de sólidos 19.5 Exemplos de Obras em Embocaduras Estuarinas 20

519 519

18.1 Espigões 18.1.1 Descrição conceituai do impacto sobre a linha de costa 18.1.2 Exemplificação de obras de campos de espigões 18.2 Quebra-mares Destacados 18.2.1 Descrição conceituai do impacto sobre a linha de costa 18.2.2 Características funcionais de quebra-mar isolado emerso destacado da costa 18.2.3 Características funcionais de quebra-mares emersos segmentados 18.3 Alimentação Artificial de Praias 18.4 Instalação de Comportas e Solução Integrada

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Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo

de Licenciamento Ambiental 20.1 Emissários Submarinos 20.2 Conceituação sobre o Comportamento de Vazamentos de óleo 20.3 Processo de Licenciamento Ambiental 20.4 Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado 20.4.1 Impacto ambiental causado por emissário submarino 20.4.2 Critérios de emissão de cargas poluentes 20.4.3 Brasil 20.4.4 China 20.4.5 Escócia 20.4.6 Estados Unidos 20.4.7 Comunidade Europeia 20.4.8 A problemática do Mar Mediterrâneo 20.4.9 Padrões e parâmetros recomendados 20.4.10 Características ambientais 20.4.11 Alternativas de pré-tratamento para efluentes de emissários 20.4.12 Principais procedimentos a serem considerados no projeto de emissários

553 553 559 561 571 571 574 575 578 581 584 588 590 592 595 598 601

XXII/

XXN

Obras e Gestão de Portos e Costas

20.4.13 Monitoramento de emissários submarinos 20.4.14 Precauções na construção e manutenção 20.4.15 Estações de tratamento de esgoto na região do Mar Mediterâneo 20.4.16 Gerenciamento ambiental sugerido para o Mar Mediterrâneo 20.4.17 O processo para a emissão de critérios e licenças 20.5 Considerações finais

602 603 605 610 613 620

PARTE 4

O BRAS H IDROVIÁRIAS

623

21

Dragagem e Derrocannento 21.1 Dragagem 21.1.1 Introdução 21.1.2 Dragas mecânicas 21.1.3 Dragas hidráulicas 21.1.4 Medições dos volumes dragados 21.2 Derrocamento 21.2.1 Considerações gerais 21.2.2 Métodos de derrocagem 21.3 Gestão Ambiental de Dragados Não-inertes

625 625 625 627 635 645 648 648 648 650

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Dimensões Básicas das Hidrovias e Obras de Melhoramento para a Navegação 22.1 Embarcações Fluviais 22.1.1 Características das embarcações fluviais 22.1.2 Automotores 22.1.3 Empurradores 22.1.4 Chatas 22.1.5 Comboios de empurra 22.1.6 Embarcações especializadas 22.2 Dimensões Básicas das Hidrovias 22.2.1 Considerações gerais 22.2.2 Profundidade mínima 22.2.3 Largura mínima 22.2.4 Área mínima da seção molhada 22.2.5 Raio de curvatura 22.2.6 Vão e altura livres nas pontes 22.2.7 Velocidade máxima das águas 22.2.8 Gabaritos propostos pelo Ministério dos Transportes 22.3 Estruturas Especiais de Canais Artificiais para a Navegação 22.4 Obras de Melhoramento do Leito para a Navegação

23

Obras de Normalização e Regularização do Leito 23.1 Obras de Normalização 23.1.1 Considerações gerais 23.1.2 Desobstrução e limpeza 23.1.3 Limitação dos leitos de inundação 23.1.4 Bifurcação fluvial e confluência de tributários 23.1.5 Obras de proteção de margens 23.1.6 Retificação de meandros

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Obras e Gestão de Portos e Costas

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23.1.7 Obras de proteção de pilares de pontes 23.2 Obras de Regularização do Leito 23.2.1 Considerações gerais 23.2.2 Regularização em fundo fixo 23.2.3 Regularização em fundo móvel

688 693 693 693 694

Eciusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias

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24.1 Princípio de Funcionamento das Eclusas de Navegação 24.1.1 Considerações gerais 24.1.2 Critérios de projeto 24.2 Dimensões Típicas das Eclusas Brasileiras 24.3 Segurança nas Eclusagens 24.4 Equipamentos das Eclusas de Navegação 24.4.1 Considerações gerais 24.4.2 Portas 24.4.3 Válvulas 24.5 Funcionamento Hidráulico das Eclusas 24.5.1 Considerações gerais 24.5.2 Descrição do escoamento de enchimento 24.5.3 Condições de aproximação ao emboque da tomada d'água 24.5.4 Condições de escoamento nos aquedutos das válvulas 24.5.5 Condições de distribuição das vazões nos aquedutos de alimentação 24.5.6 Manobras das válvulas 24.6 Capacidade de Tráfego das Eclusas 24.6.1 Considerações gerais 24.6.2 Estimativa da capacidade de tráfego das eclusas 24.6.3 Fatores a considerar no tempo de transposição total 24.6.4 Estimativa do esforço num cabo de amarração 24.6.5 Pré-dimensionamento de frota numa hidrovia

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O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

745 745 746 747 747 747

25.1 Considerações Gerais 25.2 A Aquavia como Instrumento de Transporte 25.3 O Vetor d'Agua 25.4 A Luta contra as Inundações 25.5 Atividades Relativas à Aquavia 25.6 O Papel da Aquavia no Desenvolvimento Territorial Sustentável 25.7 O Exemplo das Hidrovias Europeias Consolidadas 25.8 A Consistência da Aquavia no Brasil Bibliografia

733 736 736 740 741 741 741 742 742 743

748 749 761 763

XXV

XXV/ Complexo Portuário de Tubarão da Vale, em Vitória (ES).

Obras e Gestão de Portos e Costas

PANORAMA HIDROVIÁRIO E DO GERENCIAMENTO COSTEIRO NO BRASIL Porto de Santana Portos de Belém e Vila do Conde Portos de Ponta da Madeira, ltaqui e Alumar Porto de Luís Corrêa Portos de Mucuripe e Pecém —Porto de Areia Branca

Porto de Natal Porto de Cabedelo —Portos de Suape e Recife —Porto de Maceió

Portos de Barra dos Coqueiros e Aracaju Portos de Aratu, Temadre e Salvador Porto de Ilhéus Terminais de Belmonte e Caravelas

Porto de Barra do Riacho — Portocel Portos de Tubarão, Praia Mole e Vitória Porto de Ponta Ubu Porto de Forno Portos de Rio de Janeiro e Niterói Porto de Sepetiba Portos de Angra dos Reis e Tebig Portos de São Sebastião e Tebar Porto de Santos Portos de Paranaguá e Antonina Porto de São Francisco do Sul Porto de Itajai Portos de Laguna e Imbituba Porto de Rio Grande

Panorama Hidroviário Nacional

8

2

Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional 19

3

Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e 23 Cabotagem

4

Marinas e Atracadouros Pesqueiros

33

O Brasil possui 7.367 lan de linha costeira voltada para o Oceano Atlântico, que se ampliam para mais de 8.500 km considerando os recortes litorâneos (baías, enseadas etc.). A zona costeira brasileira abriga uma grande diversidade de ecossistemas de alta relevância ambiental, alternando: mangues, restingas, campos de dunas, estuários, recifes de corais, além de outros ambientes. Assim, os espaços litorâneos possuem significativa riqueza em termos de recursos naturais e ambientais, que estão a exigir uma ordenação do processo de ocupação, gestão e controle. Segundo o Capítulo 17 da Agenda 21 — documento básico emanado da Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, realizada no Rio de Janeiro em 1992 —, todos os países devem implementar programas de gestão integrada da zona costeira e marinha, visando a utilização desses espaços de forma sustentável. Em 1988, a Lei n° 7.661 instituiu o Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro — PNGC. Em 1994 foi iniciado o Programa de Avaliação dos Recursos Vivos na Zona Econômica Exclusiva — REVIZEE, para consolidar o conceito internacionalmente consagrado de Integrated Coastal Zone Management — ICZM. A Hidráulica Costeira e a Estuarina são disciplinas fundamentais no âmbito da Hidráulica Marítima, uma vez que costas e estuários constituem-se nas áreas de encontro das águas continentais e oceânicas, das respectivas flora e fauna, bem como dos sedimentos de origem terrígena e marítima. Nesta abordagem, é dada ênfase ao movimento das águas e seus efeitos físicos imediatos. No âmbito da descrição dos processos costeiros e estuarinos de dinâmica do escoamento das águas, salina e do transporte de sedimentos, que caracterizam o conjunto essencial descritivo do comportamento desses corpos d'água, são aqui apresentados os conhecimentos fundamentais para orientar e avaliar a implantação e gestão de obras de Engenharia Portuária e Costeira. Assim, a partir do estabelecimento dos fundamentos do comportamento hidráulico costeiro e estuarino, são obtidos os subsídios básicos para os princípios gerais relativos ao controle e aproveitamento desses meios, permitindo a avaliação da viabilidade de tais medidas, tendo em vista também o impacto ambiental por elas produzido sobre o meio fisico. A abordagem adotada deve ser considerada como introdutória ao tema, procurando apresentar uma visão de conjunto dos processos físicos costeiros e estuarinos que permitam uma boa fundamentação conceituai para o gerenciamento costeiro e controle dos estuários. Para tanto apresentaram-se, tanto quanto possível, vários exemplos relativos a estudos de casos costeiros e estuarinos brasileiros, que constituem a nossa realidade mais próxima.

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

O tratamento mais aprofundado de itens específicos à Oceanografia é objeto de abordagem pelas especialidades da Oceanografia Física, Geológica, Química e Biológica. As questões de Engenharia visando as hidrovias para a navegação interior pressupõem do engenheiro um bom conhecimento da dinâmica dos cursos fluviais, estudo que representa um dos mais difíceis capítulos da Engenharia Hidráulica. .0 curso d'água, ainda que já bastante estudado, continua representando uma questão de abordagem complexa. De fato, se os precedentes estudos experimentais não forem exatamente aplicáveis ao caso em exame, este deverá ser estudado atentamente e, somente após muitas e aprofundadas observações, será possível enunciar normas sobre as características do curso d'água. O problema torna-se ainda mais difícil quando é necessário corrigir anomalias que surgem como empecilhos para a segurança da navegação, mas que constituem estados naturais do curso d'água. Tendo sido os cursos d'água as primeiras e naturais vias de comunicação entre os homens, muitos estudos foram realizados sobre eles, entretanto as soluções adotadas são, muitas vezes, de difícil generalização. Este texto enuncia algumas das teorias clássicas mais significativas que permitem embasar os princípios para a abordagem das questões fluviais ligadas à navegação. Em 1993, a Lei Federal n° 8.630 reformulou o ordenamento jurídico da organização portuária, visando a modernização dos portos brasileiros, com a participação da iniciativa privada (privatização de serviços e arrendamento de armazéns e terminais), com o objetivo de incrementar o grau de competitividade internacional do modal aquaviário brasileiro. Assim, o instrumento institucional criou as bases para promover a eficiência dos serviços e a redução dos custos portuários por meio de três importantes medidas: privatização dos serviços portuários pela livre concorrência, modernização das relações capital-trabalho, e descentralização da administração portuária. Desde a implementação da lei, graças à privatização de instalações e serviços portuários, o custo portuário brasileiro caiu em 50%, em média, e a produtividade triplicou, especialmente nos terminais de contêineres, porém os custos logísticos e portuários ainda não atingiram patamares competitivos em relação ao Primeiro Mundo. O custo logístico no Brasil em 2004 foi de 16% do PIB, segundo a Associação Nacional dos Usuários de Terminais de Transporte — Anut, enquanto o dos nossos principais concorrentes internacionais está em torno de 10%. Os maiores investimentos em projetos de construção, ampliação e modernização de portos e terminais foram realizados nos principais portos brasileiros com participação da iniciativa privada, consistindo em novos equipamentos (reaparelhamento) e processos de carga e descarga, o que possibilitou o aumento da produtividade e a redução dos custos. No setor hidroviário estão sendo implementados projetos nas Hidrovias Tietê-Paraná, Paraná-Paraguai e Araguaia-Tocantins, intensificando-se o transporte aquaviário e os investimentos em terminais portuários acoplados a unidades industriais. No Brasil há portos suficientes. Em determinadas épocas do ano ocorrem congestionamentos e filas de espera dos modais aquaviários e terrestres porque o conjunto das operações logísticas está mal coordenado, geralmente em função de

Introdução

exigências e excesso de burocracia de órgãos governamentais. O país não precisa de mais portos, mas de liberdade para que os portos e terminais se organizem de forma eficiente para fazer frente às exportações com maior produtividade nas suas operações. Durante muitos anos, o monopólio sindical sobi .e a mão-de-obra avulsa permaneceu como um importante obstáculo à modernização do sistema portuário, mas paulatinamente este corporativismo retrógrado está sendo superado em favor de prêmios de produtividade e programas continuados de treinamento e requalificação profissional. Mesmo em condições de retração de economia mundial, o Brasil terá oportunidade de expandir seus mercados se conseguir ganhos expressivos na eficiência e nos custos na logística de transportes, em especial nos portos. A implantação e a melhoria de obras portuárias e acostáveis representam para o Brasil, com sua vasta extensão costeira e de vias navegáveis interiores, um fator de primordial importância para a ampliação e diversificação da rede de transportes. O transporte de grandes quantidades de carga e matérias-primas entre pontos estratégicos do litoral brasileiro, bem como os imperativos, cada vez maiores, do incremento do comércio exterior, exigem a crescente ampliação e modernização da rede portuária, quer marítima, quer fluvial. Pelas premissas apresentadas, justifica-se que o engenheiro civil estude os problemas de concepção, projeto e cálculo das obras marítimas portuárias, costeiras e estuarinas. Trata-se de tema de natureza essencialmente multidisciplinar, envolvendo conhecimentos nas áreas de equipamentos, navegação, hidrodinâmica, geotécnica e de estruturas, além das questões gerais de planejamento e logística portuária e de transportes. De um modo geral, uma vez tomada a decisão de implantação de um projeto portuário, em termos de sua localização e função, a natureza da ação hidrodinâmica na região, a conformação topográfica local, a natureza do terreno e o tipo de embarcações e equipamentos a serem utilizados poderão influir na concepção da solução de arranjo geral, em função da técnica e da economia. Ao longo das costas, devido à agitação ondulatória, as embarcações somente podem acostar em localidades abrigadas naturalmente ou artificialmente. Por outro lado, as embarcações marítimas têm porte consideravelmente maior do que as fluviais, exigindo instalações de maior vulto e equipamento portuário mais complexo. Desse modo, os portos marítimos somente surgem em localidades em que se justifiquem técnica, econômica e ambientalmente os requisitos supradescritos. Como esses locais não são muitos na costa, as obras necessárias são muito onerosas e as instalações portuárias marítimas são concentradas, formando grandes portos. Os portos fluviais diferem dos marítimos por não exigirem quase nunca abrigo contra a agitação. Ao longo das hidrovias interiores, as embarcações podem sempre acostar nas margens, desde que existam condições de acesso, não se exigindo grande concentração de instalações portuárias. A tendência atual dos portos fluviais é a de implantar portos especializados simples distribuídos ao longo da hidrovia, justificando-se maiores concentrações portuárias em maiores cidades ou nos grandes entroncamentos com os modais terrestres. Em função das considerações feitas, a maior ênfase da abordagem deste texto considera os portos marítimos, pois, pela sua complexidade, são empreendimentos de maior abrangência de questões que os portos fluviais.

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

Nesta abordagem de Obras Portuárias e Costeiras, pretende-se apresentar as questões fundamentais de concepção, projeto e cálculo das obras. A navegação interior no Brasil está a exigir serem usufruídas as vantagens do barateamento dos produtos básicos pelo transporte hiclroviário, principalmente num quadro mundial de economia globalizada, entretanto as condições da economia nacional e a conformação das redes fluviais em relação às regiões produtoras dificultam a aplicação dos vultosos recursos em obras que, em geral, somente se tornarão viáveis em prazos relativamente longos. São condições conhecidas que contingenciam o uso deste meio de transporte para ser economicamente competitivo comparativamente aos modais de transporte concorrentes: •

A navegação fluvial deve ser realizada com embarcações de grande porte que movimentem elevados volumes de cargas, o que exige obras de vulto para a implantação das hiclrovias.

•

A navegação interior necessita de longas distâncias de transporte, ou seja, ela somente pode ser utilizada eficientemente quando completada uma extensão considerável da hidrovia.

Neste contexto da realidade nacional, a sistemática que vem sendo adotada em muitas situações para o fomento à navegação interior tem sido a sua inserção em planos de aproveitamento múltiplo dos recursos hídricos. Esse método, adotado na canalização do Rio Tietê (SP) na segunda metade do século passado, permite diluir o investimento necessário às obras de navegação, tornando o empreendimento global rentável em menor prazo, sobretudo pela renda advinda da geração de energia hidroelétrica. A implantação da hidrovia numa canalização integral de curso d'água tem como principal investimento as obras de transposição de desnível, enquanto as demais obras de melhoramento, balizamento, construção de portos etc. são decorrência natural do desenvolvimento do tráfego. As características das obras de transposição de desnível condicionam, em grande parte, as embarcações que podem utilizar a hidrovia e, portanto, a própria economicidade do meio de transporte. Dentre a,s principais dificuldades para a livre navegação, destaca-se a passagem de embarcações por desníveis localizados, normalmente devidos às barragens para aproveitamentos hidráulicos. As obras de transposição de desnível são fundamentais nas hidrovias interiores por permitirem a continuidade da navegabilidade. Serão consideradas preferencialmente as embarcações constituídas por comboios de empurra, por sua compatibilidade com as atuais exigências técnico-econômicas do transporte aquaviário interior. As obras de transposição de desnível podem ser classificadas em: •

Hidráulicas: são as eclusas de navegação, em que as embarcações são deslocadas verticalmente numa câmara estanque pela variação do nível d'água em que flutuam. Classificam-se em baixa queda (abaixo de 9 m de desnível), queda intermediária (entre 9 e 15 m de desnível) e alta queda (acima de 15 m de desrável). Constituem-se nas obras mais difundidas, as únicas no Brasil para transposição de desnível, em rios canalizados e canais artificiais, principalmente pela facilidade de construção e simplicidade de funcionamento, sendo, portanto, as tratadas nesta abordagem.

Introdução

•

Mecânicas: os ascensores de embarcações são obras em que as embarcações são movimentadas mediante esforço externo, juntamente com um recipiente móvel (berço, cuba ou cunha d'água), onde são previamente introduzidas.

As obras de transposição de desnível devem atender às *seguintes condições básicas de navegação: •

Segurança: os riscos a que estão submetidas as embarcações nas obras de transposição não devem ultrapassar os riscos normais de navegação.

•

Adaptação às embarcações: a obra de transposição deve ser compatível com a embarcação mais conveniente da hidrovia.

•

Capacidade de tráfego: a obra de transposição deverá poder movimentar, num determinado período, um número de embarcações capaz de transportar a tonelagem de carga prevista pela hidrovia.

•

Rapidez de passagem: o tempo utilizado pelas embarcações para vencer o desnível deverá ser mínimo.

Uma solução de compromisso desses requisitos básicos com a condição de mínimo custo é necessária ao se considerar a obra de transposição, particularmente quanto à rapidez de passagem, para que o custo total da obra se justifique perante os benefícios aportados por ela, devendo-se, no entanto, respeitar requisitos mínimos. Em decorrência, as duas características fundamentais das obras de transposição são a dimensão da câmara e o tempo cle passagem, e esse último definirá a capacidade de tráfego. A capacidade de tráfego de um rio canalizado é definida como a tonelagem de carga que pode ser movimentada pela hidrovia num determinado intervalo de tempo, sendo normalmente limitada pelas obras de transposição de desnível. Somente em situações muito excepcionais outros obstáculos, como más passagens, canais estreitos, vãos de pontes etc., tornam-se mais restritivos. Assim, a capacidade de tráfego das obras de transposição de desnível de uma mesma hidrovia deve ser a mesma para se obter o melhor aproveitamento da navegação interior. Este texto apresenta um panorama das obras de melhoramento para a navegação e em seguida trata das eclusas de navegação e capacidade de tráfego em hidrovias.

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

Porto de Santana Portos d,e Belém e Vila do Conde Portos de Ponta da Madeira, Itaqui e Alumar Porto de Luís Corrêa Portos de Mucuripe e Pecém Porto de Areia Branca Porto de Natal Porto de Cabedelo Portos de Suape e Recife Porto de Maceió Portos de Barra dos Coqueiros e Aracaju

— /

Portos de Aratu, Temadre e Salvador

Porto de Ilhéus

Terminais de Belmonte e Caravelas

Porto de Barra do Riacho - Portocel

Portos de Tubarão, Praia Mole e Vitória

Porto de Ponta Ubu Porto de Forno Portos de Rio de Janeiro e Niterói Porto de Sepetiba Portos de Angra dos Reis e Tebig Portos de São Sebastião e Tebar Porto de Santos Portos de Paranaguá e Antonina Porto de São Francisco do Sul Porto de Itajai Portos de Laguna e Imbituba Porto de Rio Grande

1:1 Zona Econômica Exclusiva -- ZEE entre 12 MN da costa (mar territorial) e 200 MN da costa Figura 1 Principais portos marítimos brasileiros.

1 PANORAMA HIDROVIÁRIO NACIONAL A globalização da econllia, associada ao aumento da competitividade internacional, está se fazendo presente de maneira incontestável, pressionando e descartando os concorrentes que têm seus custos internos elevados para o transporte e movimentação de matérias-primas e produtos acabados. Neste contexto, o transporte aquaviário constitui-se como fator indutor do desenvolvimento planejado e abrangente, interligando regiões e proporcionando a movimentação, de maneira segura e econômica, de insumos, produtos e pessoas. O Brasil possui mais de 8.500 km de linha costeira considerando os recortes litorâneos. Dezessete estados da Federação compõem essa linha de costa, contando com portos marítimos, estuarinos e lagunares, pelos quais se movimenta a quase totalidade do comércio exterior do país (navegação de longo curso), além da navegação de cabotagem entre os portos nacionais. Aos mais de 40 principais portos comerciais marítimos brasileiros (ver Fig. 1 e Tab. 1), agregam-se mais de 60 portos

Panorama Hidroviário Nacional

fluviais (terminais hidroviários), compondo um conjunto de mais de uma centena de polos multimodais de transporte públicos e privados. Entre os maiores portos marítimos brasileiros em 2007, destacam-se o Complexo de Tubarão-Praia Mole (ES) (110 milhões de toneladas anuais movimentadas, ou MTPA), o Complexo de Ponta da Madeira (MA) (94 MTPA), Porto de Santos (SP) (82 MTPA), Porto de Itaguaí-Sepetiba (RJ) (82 MTPA), e Porto de São Sebastião (SP) (47 MTPA) (Antaq, 2008). O maior porto fluvial em movimentação de cargas é o de Manaus (AM) (13 MTPA) (Antaq, 2008). A legislação portuária brasileira está fundamentada na Lei n° 8.630/93, que estabeleceu de forma clara a distinção entre porto organizado e instalação portuária de uso privativo: • •

Porto organizado é o porto público, à disposição do público, aberto a todos que dele necessitem, sob a jurisdição de uma autoridade portuária. Instalação portuária de uso privativo é explorada por pessoa jurídica de direito público ou privado e utilizada na movimentação e/ou armazenagem de mercadorias destinadas a ou provenientes de transportes aquaviários.

A lei vigente estabelece a livre concorrência dos serviços portuários, dando liberdade aos terminais privativos de operarem cargas de terceiros, e quebrando o monopólio dos sindicatos de mão-de-obra avulsa. Em 1992, ano anterior à vigência da atual lei, que flexibilizou a operação portuária com relação aos monopólios, o Brasil era, apesar dos citados entraves institucionais, o terceiro país em movimentação mundial de cargas (cerca de 350 milhões de toneladas por ano envolvendo valor de US$ 54 bilhões). Em 1999 a movimentação anual de cargas atingiu cifras superiores a 420 milhões de toneladas, sendo 70% oriundas da navegação do longo curso e 30% da cabotagem (*) , distribuídas em 56% de granéis sólidos, 33% de granéis líquidos e 11% de carga geral (**) (Brasil/Ministério dos Transportes — Site oficial na Internet). Em 2006, atingiram-se 700 MTPA e 6,2 milhões de contêineres, sendo 60% de granéis sólidos, 25% de granéis líquidos e 15% de carga geral. O Brasil possui uma das maiores redes fluviais do mundo, com cerca de 20.000 km em condições de navegação (ver Fig. 2), sendo a malha navegável total estimada em 50.000 km, destacando-se as hidrovias dos rios Madeira-Amazonas, Araguaia-Tocantins, São Francisco, Paraguai-Paraná e Tietê-Paraná. As principais hipóteses de transposições dos divisores por canais de partilha navegáveis entre bacias hidrográficas estudadas pelo extinto Departamento de Portos e Vias Navegáveis estão apresentadas na Fig. 3, destacando-se a chamada Hidrovia de Contorno, que poderia ligar a Bacia Amazônica à do Prata, sendo que o trecho AmazonasSolimões permite o acesso de navios marítimos até cerca de 2.000 milhas náuticas da costa (em Iquitos no Peru), podendo ser considerado prolongamento da via marítima. O transporte hidroviário interior é, indiscutivelmente, o mais econômico para deslocamento de grandes volumes de carga com baixo valor unitário entre os modais competidores diretos, a ferrovia e a rodovia, desde que ressalvados alguns pressupostos. Assim, os poios de origem ou destino das cargas deverão situar-se próximos a uma hidrovia, o que estimula o armazenamento e a produção de mercadorias nas faixas marginais, agregando densidade econômica ao sistema. Sempre que houver a participação conjugada de um outro modal de transporte, torna-se indispensável que as distâncias percorridas no modal hidroviário sejam bem superiores às demais. Em decorrência, o aproveitamento hidroviário deve estar inserido em programas mais amplos, considerando a exploração dos recursos minerais, o desenvolvimento agrícola, industrial ou de planejamento estratégico.

e) Navegação de longo curso é a realizada entre portos de diferentes países. Navegação de cabotagem é a realizada entre portos nacionais. Cl Granéis são as cargas de baixo valor unitário, como minérios e grãos. Carga geral é a mercadoria de elevado valor unitário, como a transportada em contêineres.

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

TABELA 1 Movimentação de cargas nos principais portos brasileiros em 2006/2007

Total (embarque + desembarque) (em t) Porto Santana (AP)

Granéis sólidos

Granéis líquidos

Carga geral

Total

442.708

31.393

2.017

476.118

1.232.513

558.279

564.502

2.355.294

20.456

58.451

167.105

246.012

Manaus (AM)(*)

3.807.491

6.885.477

2.278.102

12.971.070

Vila do Conde (PA)

6.033.466

1.479.957

432.931

7.946.354

Belém (PA)

18,089.436

1.837.341

1.209.129

21.135.906

Complexo Portuário do Maranhão (MA)

87.640.508

5.885.871

307.350

93.833.729

948.973

1.740.182

1.310.351

3.999.506

Porto Velho (R0)(1 Santarém (PA)(*)

Fortaleza (CE) Areia Branca (RN)

4.434.356

4.434.356

Natal (RN)

148,881

4.335.025

272,407

4.756.313

Cabedelo (PB)

476.685

404.062

49.517

930.264

Recife (PE)

1.164.633

25.787

339.086

1.529.506

Suape (PE)

25.131

2.874.275

2.317.603

5.217.009

Maceió (AL)

1.546.905

1.774.068

334.737

3.655.710

Sergipe (SE)

391.403

2.087,663

407.677

2.886.743

Salvador (BA)

388.251

2.411.120

2.799.371

Aratu (BA)

2.317.363

Ilhéus (BA)

579.003

Pirapora (MG)(*)

Tubarão (ES)

18.728.307

77.184 1.356.144

Regência (ES) Barra do Riacho (ES)

-

92.955

19.651

99.277.347

672.639

-

21.045.670

72.819

651.822

-

77.184

-

1.356.144

2.304.342

2.416.948

447.094 100.397.080

A possibilidade de navegação cria uma alternativa de transporte de baixo custo para granéis sólidos, como minérios (ferro, bauxita, manganês) e grãos (soja, milho, trigo), granéis liquidos, como combustíveis (álcool, gasolina, diesel), materiais de construção, cana-de-açúcar, madeiras e outras cargas gerais, como contêineres, entre o interior do pais e as principais áreas de consumo e exportação. O frete é fator fundamental nas análises logísticas de transportes das matrizes de custos das empresas e, portanto, a hidrovia, integrada a outros modais de transporte (multimodalidade), pode concorrer com redução de frete de até 50%, principalmente em trechos longos, colaborando, indubitavelmente, para a moderniza-

Panorama Hidroviário Nacional

Tabela 1 (Continuação) Total (embarque + desembarque) (em t) Porto Praia Mole (ES) Vitória (ES) Ponta Ubu (ES)

Granéis sólidos

-

2.659.043

171.630

14.948.555 519.947

Niterói (RJ)

173.230

Itaguaí (RJ) Angra dos Reis (RJ) Panorama (SP)r) Presidente Epitácio (SP)(*) São Sebastião (SP) Santos (SP) Antonina (PR) Paranaguá (PR)

.Carga geral

10.615.067

Forno (RJ)

Rio de Janeiro (RJ)

Granéis líquidos

6.031.786

16.646.853

3.231.131

6.061.804

126.043

15.074.598 519.947

-

-

1.511.628

8.427.326

77.354.430

-

84.000

14.429.938

8.587

Total

-

173.230

6.629.421

16.568.375

5.533.395

82.887.825

224.871

14.738.809

-

8.587

1.387.514

16.711

313.947

46.889.064

58.833

47.261.844

29.696.696

14.510.791

32.089.706

76.297.193

384.261

636.273

252.012

-

-

1.404.225

20.316.486

3.861.061

7.808.084

31.985.631

2.443.904

9.980.160

2.599.791

15.023.855

59.516

95.115

3.647.039

3.801.670

Imbituba (SC)

642.093

67.577

258.335

968.005

Charqueadas (RS)(*)

172.762

-

172.762

Estrela (RS)(*)

630.081

56.809

-

686.890

1.290.483

8.980.380

69.150

10.340.013

-

-

3.966.775

6.212.519

-

-

São Francisco do Sul (SC) Itajaí (SC)

Porto Alegre (RS)(*) Pelotas (RS)(*)

296.681

Rio Grande (RS)

12.249.670

Cáceres (MT)(*)

157.763

Corumbá/Ladário (MS)(*) Total

1.953.000

-

408.872.743 162.207.909

67.979

296.681 22.428.964 157.763 2.020.979

90.200.223 661.280.885

(*) Portos fluviais.

ção da economia nacional. Assim, por exemplo, considerando-se o desempenho de um caminhão graneleiro de 27 toneladas de capacidade nominal, uma composição ferroviária com capacidade para 2.000 toneladas e um comboio Tietê (ver Fig. 4) (empurrador de 850 HP e duas chatas de 1.150 tonelada.s cada uma de capacidade de carga), constata-se a proporção aproximada de 1:2:5 na composição dos custos modais por t.lan, num percurso estimado de 1.000 km. Apesar de uma série de implicações para a sua realização, como a necessária intermodalidade, isto é, a conexão com outro modal de transporte, como o trans-

t2

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

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Figura 2 Hidrovias e terminais hidroviários brasileiros.

bordo de cargas (elevação de carga ao se passar de um modal para outro) ou transposições de desnível, o transporte hidroviário é o de menor gasto energético. De fato, estudos internacionais divulgados na década de 1990 mostram que a energia específica consumida pelo modal hidroviário é da ordem média de 0,6 MJ por t-km, enquanto, em condições semelhantes, a ferrovia consome de 0,6 a 1 MJ por t•km e os caminhões pesados, de 0,96 a 2,22 MJ por t•km, sem considerar os custos ambientais decorrentes. Quanto a esse último aspecto, deve-se considerar que o modal hidroviário é o de menor imposição de custos ambientais, isto é, de menores quantidades de energia necessárias para a recomposição ambiental na obtenção do menor afastamento do equilíbrio pré-existente.

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Panorama Hidroviário Nacional Figura 3 Possíveis ligações hidroviárias por canais de partilha.

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c'Hidrovia de Contorno Áreas para implantação de canais de partilha O Paraguai-Araguaia 2 Paraná-São Francisco O Paraguai-Guaporé ® Paraná-Paraguai ® Itapicuru-Parnaíba ® Ibicui-Jacuí

Figura 4 Comboio Tietê na Eclusa de Ibitinga (SP).

Oceano Atlântico

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

O transporte hidroviário interior no Brasil movimentou, em 1999, cerca de 22 milhões de toneladas, e os principais produtos transportados foram os granéis sólidos (minérios, soja e derivados e trigo), seguidos de granéis liquidos, sendo incipiente a movimentação de carga geral (Brasil/Ministério dos Transportes — Site oficial na Internet). Nas Figs. 5 a 10 estão apresentadas algumas das possibilidades de a rede hidroviária integrar-se aos planos de desenvolvimento do país, conforme a seguir comentado.

Os poios de desenvolvimento geradores de transportes na região da Amazônia Legal Brasileira são classificados em urbanos, agrofiorestais, de mineração e de fronteira (ver Fig. 5). A conexão desses polos entre si e com a rede básica de transportes dos países que integram a Bacia Amazônica, a adoção do transporte hidroviário como referência, ao qual os outros modais devem integrar-se, complementando-o, a integração nacional no exercício da soberania brasileira e a integração comercial e econômica com os países limítrofes, são os critérios que se complementam e interagem na configuração do sistema básico de transportes da Amazônia Legal Brasileira. Os pressupostos para o desenvolvimento da Amazônia Legal Brasileira estão na possibilidade de oferecimento de três acessos às rotas comerciais marítiFigura 5 Poios de desenvolvimento da Amazônia Legal Brasileira.

O Polo urbano 4 Polo agroflorestal C) Polo de rnineração • Polo de fronteira

Panorama Hidroviário Nacional

ts Figura 6 Estratégias de ocupação da Amazônia Legal Brasileira.

Via hidroviária Ampliação da ocupação agrícola

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Ferrovias Ferrovias projetadas Rodovias Hidrovias

Porto do Itaqui o São Luís

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Figura 7 Área de influência logística do Complexo Portuário do Maranhão (Ponta da Madeira-Itaqui — Alumar).

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Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

mas (Pacffico, Atlântico e Caribe), nas estratégias de penetração fluvial e expansão da fronteira agrícola (ver Figs. 6 e 7) e na questão da preservação ambiental. De fato, os corredores de transporte da Amazônia Legal Brasileira e as ligações com o exterior até o ano 2020 estão delineados na Fig. 8, podendo ser subdivididos em: consolidados (Araguaia-Tocantins, Amazonas-Solimões e Fronteira Noroeste), em vias de consolidação, em formação, e de integração continental. A rede hidroviária da região continuará a exercer influência preponderante, devendo o transporte deste modal receber maior prioridade, com maior volume de investimentos, para ter maior eficiência. Os principais portos marítimos e ffilvio-marítimos brasileiros, que deverão capacitar-se para a movimentação de cargas da Amazônia, são Manaus (AM), Itacoatiara (AM), Santarém (PA), Macapá (AP), Belém (PA), Vila do Conde (PA) e Ponta da Madeira-Itaqui (IVIA). O transporte hidroviário interior é utilizado, em escala comercial, no escoamento de produtos agrícolas nas seguintes hidrovias: Madeira, Tietê-Paraná, Paraguai-Paraná e Jacuí-Taquari-Lagoa dos Patos. Na safra 1998/1999, o Brasil atingiu 31,4 milhões t de soja (20% da produção mundial) e a área colhida de soja foi de 13,3 milhões de hectares — que possui 18% da área potencial de mais de 74 milhões de hectares, sendo 46% na região Sul e 42% na Centro-Oeste. Em 2003, a safra de Figura 8 Corredores de transporte da Amazônia Legal Brasileira e as ligações com o exterior.

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Corredores consolidados Em formação e consolidação Ligação com o exterior

Panorama Hidroviário Nacional

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grãos foi de 130 milhões t: 59 milhões de soja, 45 milhões de milho e 12 milhões de arroz. O Centro-Oeste possui a maior área potencial (52% da área potencial nacional) na soja do cerrado, e na safra 1998/1999 explorou apenas 13,4% da área potencial da região. A receita obtida com a comercialização das safras por região mostra a importância da logística do transporte interno às regiões de trituração e/ ou exportação na definição dos ganhos dos produtores, sendo que o país exporta o grão in natura, farelo e óleo. Em 1998, as exportações brasileiras do complexo soja atingiram quase US$ 5 bilhões, ou seja, 26% do valor total das exportações dos produtos de origem agropecuária e 9% do volume total das exportações do país. A Fig. 9 mostra esquematicamente a produção nacional e o volume de exportação por porto. A utilização de sistemas multimodais de transporte, com ênfase no transporte hidroviário, aliada ao posicionamento da carga em portos exportadores capazes de receber navios graneleiros Panamax ou Capesize mais próximos ao destino final do produto, trará uma redução do custo total de transporte até o consumidor, e aumentará a competitividade do produto brasileiro a nível internacional, como já foi conseguido com o produto da região Sul. Esta concepção beneficiará fundamentalmente as novas fronteiras, penalizadas atualmente pelas grandes distâncias entre as áreas de produção e os portos de exportação e pela utilização, quase que exclusiva, do modal rodoviário. Assim, nas próximas décadas, as hidrovias do Araguaia-

Produção --.Exportação

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Figura 9 Produção e exportação de soja em 1998 (grãos, em milhões de toneladas) e percentuais em relação à produção nacional e exportação total.

45)

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

Figura 10 Sistema Hidroviário do Mercosul.

❑ Construção da Barragem de São Pedro e Canal lateral em Uruguaiana Canalização do Rio Aguapeí Paranaguá

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Canalização do Rio Ibicuí Canal de partilha Ibicuí-Jacuí Obras de melhoramento nos portos — Hidrovias interiores == Navegação marítima de longo curso e cabotagem

Tocantins, São Francisco, Tapajós-Teles Pires e Capim e os portos de Itacoatiara (AM), Santarém (PA), Santana (AP), Vila do Conde (PA) e Ponta da Madeira-Itaqui (MA) terão importância crescente no sistema logístico de tornar cada vez mais competitiva a comercialização da produção de soja do Cerrado brasileiro, que se constituirá na principal região produtora do país. Em 2003, a movimentação por modais da produção de soja foi de: 5% pela hidrovia (a mais barata), 28% pela ferrovia e 67% pela rodovia. As distâncias internas no Sistema Hidroviário do Mercosul são relativamente reduzidas e, por isso, o uso da integração intermodal dos transportes é de difícil aplicação. Os custos dos transbordos acabam absorvendo as vantagens proporcionadas pelo menor frete oferecido pelo transporte hidroviário interior. Por isso, é indispensável que sejam incentivados os empreendimentos localizados junto às hidrovias, e que eles possam servir-se das hidrovias para escoamento da produção ou para se suprirem de matérias-primas, reduzindo seus custos de compras e distribuição. É importante destacar que as hidrovias, os portos organizados e terminais de uso privativo do Sistema Hidroviário do Mercosul (ver Fig. 10) formam atualmente o mais importante sistema de transporte aquaviário do Brasil, abrangendo o Sistema Hidroviário do Rio Grande do Sul (Jacuí-Taquari-Lagoa dos Patos, Ibicuí e Uruguai), a Hidrovia Tietê-Paraná e a Hidrovia Paraguai-Paraná. Com a integração do Sistema Hidroviário do Rio Grande do Sul à Hidrovia do Rio Paraná, de acordo com as etapas apresentadas na Fig. 10, haverá a garantia de continuidade de 10.000 km de hidrovias interiores, com acesso aos portos de Rio Grande (calado de 14 m), Buenos Aires (calado de 10 m) e Montevidéu (calado de 10 m).

Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional

2 PANORAMA DO GERENCIAMENTO COSTEIRO

NACIONAL Em 1988, a Lei n° 7.661 instituiu o Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro, e foi seguida pelas legislações estaduais, visando estabelecer diretrizes quanto ao uso e à ocupação das áreas costeiras brasileiras, que abrangem 17 estados da Federação. A zona costeira brasileira abriga uma grande diversidade de ecossistemas de alta relevância ambiental, alternando: mangues, marés, marismas, restingas, campos de dunas, estuários, lagunas, deltas, recifes de corais, costões, além de outros ambientes, com significativa riqueza natural e ambiental, o que exige uma ordenação no processo de ocupação, gestão e controle. Como exemplo, apresentam-se nas Figs. 11 a 13 as áreas de risco ambiental, conservação ambiental e a fragilidade dos ecossistemas, respectivamente, para o Estado de São Paulo. Segundo Brasil/ Ministério do Meio Ambiente, dos Recursos Hídricos e da Amazônia Legal (1996), as áreas de risco ambiental envolvem, quanto à sua origem, vulnerabilidade dos sistemas naturais, densidade da estrutura produtiva e criticidade das condições de habitabilidade, associadas às escalas local, regional e nacional. As questões mais relevantes no âmbito deste texto referem-se à aceleração da erosão de nossas costas e à sua deterioração, bem como à gestão de áreas estuarinas, por se constituírem estas em berçários da vida marinha. Muitas atividades antrópicas, como as obras de regularização e estabilização de rios e a mineração em áreas fontes de sedimentos, privam as costas de seu natural suprimento de areias. Agregam-se ainda as obras portuárias, de melhoramento de embocaduras e dragagens de manutenção. Com a redução do estoque de areia, as praias anteriormente estáveis emagrecem ou desaparecem. Como exemplo, podem ser citados:

Figura 11 Áreas de risco ambiental nos municípios costeiros do Estado de São Paulo.

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Atividade industrial principal

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Risco ambiental

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Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

Figura 12 Áreas de conservação ambiental nos municípios costeiros do Estado de São Paulo.

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Ilha de São Sebastião

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Alta restrição federal

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Uso limitado federal Alta restrição estadual

E Uso limitado estadual

•

As áreas deltaicas dos rios Paraíba do Sul (RJ) e São Francisco (SE/AL), que estão sofrendo processo erosivo em virtude das obras fluviais implantadas na década de 1950.

•

Os processos erosivos nas praias da Região Metropolitana de Fortaleza (CE), após a construção do Molhe do Titã para a implantação do Porto de Mucuripe na década de 1940, os processos erosivos nas praias de Olinda (PE) em função das obras portuárias no Recife (PE), a erosão nas praias de São José do Norte nas décadas subsequentes à de 1910, após a implantação dos molhes de Rio Grande (RS), e a erosão na Ilha do Mel (PR) com o aprofundamento por dragagem do Canal Galheta para acesso ao Porto de Paranaguá (PR), na década de 1970.

A falta de planejamento sustentável em muitos casos permitiu o avanço da urbanização muito próximo das linhas de costa, desencadeando ou agravando o problema erosivo. Como exemplo, podem ser citadas: •

A impermeabilização ou remoção dos campos de dunas, como no caso de Fortaleza (CE) e de muitas outras localidades costeiras, como Saquarema (RJ) e Itanhaém (SP).

•

A implantação de ediflcações e avenidas beira-mar nas áreas de pós-praia, como em São Vicente (SP), Itanhaém (SP) e Caiobá (PR) e em várias outras localidades à beira-mar.

O chamado efeito estufa é um problema global, que no futuro próximo agravará as questões relacionadas à erosão costeira pela gradual elevação do nível médio do mar, além de anomalias climáticas naturais de longo período que afetam a dinâmica costeira.

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Panorama do Gerenciamento Costeiro Nacional

Figura 13 Fragilidade dos ecossistemas nos municípios costeiros do Estado de São Paulo.

Fragilidade dos ecossistemas Frágil Muito frágil • Carag uatatuba Ilha de São Sebastião O

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Questões ambientais ligadas à gestão estuarina dizem respeito à alteração do prisma de maré, reduzindo as correntes de maré e a capacidade de renovação das águas, ou à alteração da misturação das águas doces e salgadas (intrusão salina). Como exemplo, podem ser citadas: •

A construção da Barragem do Bacanga no Estuário de São Luís (MA) na década de 1960, que interceptou considerável volume do prisma de maré e promoveu o entulhamento dos canais navegáveis do antigo Porto de São Luís e de sua embocadura.

•

A construção do Valo Grande em Iguape (SP), que a partir de 1840 pôs em comunicação as águas doces do Rio Ribeira do Iguape com o Mar Pequeno, e as vazões das Usinas Henry Borden em Cubatão (SP), que descarregam as vazões de água doce do Alto Tietê no Estuário Santista.

A questão da gestão da água de lastro dos navios é uma grande preocupação global, em virtude de ser o lastro transportador de espécies biologicamente exóticas e outros contaminantes. Essas espécies exóticas podem ser infectantes, como o vibrião do cólera e algas venenosas, ou predadoras da fauna e flora aquáticas (bentos, plâncton, nécton e vegetação de terras Úmidas) noutras áreas portuárias onde o navio descarregará o lastro (ver Figs. 14 e 15). A disposição costeira dos efluentes por emissários submarinos e a avaliação da dispersão de efluentes, em situações de acidentes por derramas de produtos contaminantes, estão abrangidas nas preocupações ambientais do gerenciamento costeiro. A legislação em vigor exige a apresentação de Estudo de Impacto Ambiental para os projetos costeiros e a implementação de medidas mitigadoras ou de remediação incluídas no projeto, se forem identificados impactos negativos. No Brasil há uma crescente pressão para o desenvolvimento das atividades costeiras, mas

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Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

Figura 14 Navio descarregando lastro no Com-

plexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA).

Figura 15

Etapas de contaminação por água de lastro. 00 CIO DO O O

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Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem

também um desejo preservacionista, o que cria uma situação conflitiva, a qual somente pode ser solucionada por uma política sustentável de gerenciamento costeiro. A condução de uma politica sustentável de gerenciamento costeiro tem de considerar os processos marítimos, as estratégias de gerenciamento visando atingir a meta almejada e as possibilidades e soluções gerenciais. Nesse contexto, é fundamental que os planejadores e tomadores de decisão estejam assessorados pelo profissional especialista em Hidráulica Marítima, cujo conhecimento deve ser transmitido, de forma claramente objetiva, para a opinião pública. A gestão integrada da costa brasileira deve nortear-se nos próximos anos pelas seguintes recomendações: •

•

•

Estabelecimento de níveis de criticidade de gestão a partir do zoneamento ecológico-econômico, permitindo a instituição de normas reguladoras do uso dos terrenos. Os grandes problemas ambientais decorrem, sobretudo, de ocupações e obras inadequadas. A maior vulnerabilidade corresponde às metrópoles e ilhas costeiras, e tende a acentuar-se em função dos projetos de infraestrutura. Assim, o elemento primordial para a gestão é a prevenção, sem prejuízo das ações de recuperação já iniciadas. No caso das regiões metropolitanas, é recomendável definir sua capacidade de suporte e estabelecer as exigências e normas para novas implementações. No caso das áreas não comprometidas, o ecoturismo regulamentado parece uma boa alternativa, quando associado a opções de exploração sustentável dos recursos naturais em escala artesanal. É fundamental integrar as ações, articulando o gerenciamento costeiro com a gestão das bacias hidrográficas, no nível continental, e com o programa Recursos Vivos na Zona Econômica Exclusiva — REVIZEE, no nível marítimo.

3 FUNDAMENTOS SOBRE PORTO

CONCENTRADOR DE CARGA E CABOTAGEM 3.1 Introdução São conhecidas as dificuldades do intercâmbio comercial dos países do Atlântico Sul com os demais continentes, e a maior é a chamada distância econômica aos principais polos comerciais globais do Hemisfério Norte, motivo de eleição de poucos portos, quiçá um, concentradores (hub port) no Atlântico Sul para alcançar os objetivos de reduzir o tempo de viagens internacionais — dos navios de longo curso —, reduzir fretes, atrair linhas de navegação, ganhar em economia de escala e aumentar negócios de exportação e importação. Essa conduta tem exemplos bem-sucedidos em países geopoliticamente estratégicos com estrutura portuária avançada, conhecimento e respeito às condicionantes de logística, economia estável, entre outras situações favoráveis: os Complexos Portuários de Rotterdam (Europorto), que movimentam mais de 300 MTPA, Singapura e Hong-Kong, que operam quase 20.000.000 TEU/ano(*), cada um deles sendo modelo do estado da arte portuária do mundo globalizado. Tais terminais conseguem movimentar quase 300 TEU/h. O Porto de Santos movimentou 67,6 MTPA, sendo 1.900.000 TEU, em 2004. O Brasil dispunha em 2004 de menos de 25 portêineres, enquanto grandes terminais mundiais têm até 100 portêineres e operam navios com mais de 10 portêineres.

(*) TEU — Unidade equivalente a contêiner de 20 pés (Twenty-feet equivalent unity).

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Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

As premissas necessárias para atender os requisitos de porto concentrador de carga são de ordem geoeconômica, geoestratégica, de estrutura portuária e logística, considerando uma Política de Gestão Integrada — PGI, que vise harmonizar e integrar os Sistemas de Normalização, Gestão de Qualidade — SGQ, Gestão de Saúde e Segurança Ocupacional — SGSS e Gestão Ambiental — SGA para propiciar sustentabilidade ao fomento econômico e ao desenvolvimento social solicitado pelos grandes importadores, como a União Europeia e os Estados Unidos, e as barreiras norte-americanas contra o terrorismo. No âmbito das premissas estabelecidas, deve-se avaliar a área econômica de influência, a concorrência, a profundidade de projeto dos canais, os acessos viários terrestres, o suporte intraportuário (recepção/pulmão/expedição) duto, rodo e ferroviário, as configurações de zoneamento e operações que considerem boas profundidades e retroárea ou retroporto, reduzindo congestionamentos e conflitos na área de circulação. Para as distâncias continentais de transporte entre regiões do Brasil, em especial aquelas com potencial marítimo, é fundamental promover a sustentabilidade da navegação de cabotagem, gerando o aumento e a consistência para o serviço de distribuição (feeder) com programas imediatos, de médio e longo prazo, projetando e consolidando o porto concentrador do Atlântico Sul. Os hub ports devem atender à navegação de longo curso, distribuindo ou recebendo cargas de portos de menores dimensões (gateways), os quais operam no atendimento à demanda interna dos países. De acordo com o conceito internacional e a defmição legal, cabotagem é o transporte de carga realizado pelo sistema aquaviário entre portos nacionais. Pelo fato de tais conceito e definição não discriminarem a condição aduaneira da carga — nacional, nacionalizada ou em trânsito —, os transbordos, de ou para portos nacionais, são operações de cabotagem, independentemente do seu porto de destino ou origem. O conceito internacional dos portos que realizam as operações de transbordo (transhipm,ent) é definido como concentrador (hub port). Essa análise está focada no mercado de carga de alto valor agregado — normalmente superior a US$ 500/t — definida como carga geral, solta e conteinerizada. A matriz de transporte desse tipo de carga encontra-se significativamente deformada no Brasil, mas o atual momento dá indicadores de recuperação, de acordo com os dados da Agência Nacional de Transportes Aquaviários — Antaq e da Companhia Docas do Estado de São Paulo, administradora do Porto de Santos. De forma abrangente, à cabotagem pura associam-se o serviço de distribuição (feeder da carga de longo curso) e o serviço de transbordo (transhipment, descarga e carregamento de longo curso), resultando num modelo de porto concentrador (hub port) do Atlântico Sul: Costa Leste Sul-Americana e África. Pelo menos quatro portos no Brasil, Santos, Sepetiba, Suape e Rio Grande, além dos portos de Montevidéu (Uruguai) e Buenos Aires (Argentina), apresentam credenciais a concentradores de carga no Atlântico Sul, notadamente para carga geral, solta e conteinerizada. O Porto de Santos detém o melhor resultado na soma dos requisitos de porto concentrador de carga do Atlântico Sul, considerando que esse processo esteja incorporado e consolidado até 2010, pois os portos concorrentes poderão adequar-se, em especial nas defasagens de logística terrestre, regularidades das linhas de navegação e credibilidades dos mercados importador e exportador.

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No caso do Porto de Santos, é preciso fazer uma análise detalhada e estudos de viabilidade desse mercado, de modo a indicar tendências, volumes reais, métodos, procedimentos, promoções e ações para que o porto agilize e invista com precisão nas atividades e nos empreendimentos de sua vocação (na Fig. 16 são apresentados dados de movimentação de carga do porto). Em 2004, 27% do comércio exterior brasileiro passou pelo Porto de Santos, isto é, US$ 42,9 bilhões dos US$ 159,3 bilhões comercializados pelo Brasil. A balança comercial do Porto de Santos já vinha sendo superavitária nos últimos anos e o valor do movimento de suas exportações e importações equivaleu em 2004 a 7,1% do PIB. O movimento médio diário das exportações e importações do Porto de Santos gira em torno de US$ 77 milhões, alcançando até US$ 150 milhões diários em época de grande pico. O movimento de cabotagem nos últimos anos, fomentado por várias medidas de política pública, tem crescido nacionalmente e significativamente no Porto de Santos, que recebe por ano cerca de 5.000 navios, além das embarcações de apoio. Por esses dados, fica patente a necessidade de o Porto de Santos desenvolver e implantar uma política de sustentabilidade para a cabotagem que considere o transbordo e o serviço de distribuição (feeder) para os demais portos, além da cabotagem pura, incorporando-os às linhas expressas, de longo curso, promovendo as facilidades solicitadas pelo comércio. De fato, das 1.400.000 t e 100.000 TEU em 2003 (conforme mostra a progressão das Figs. 17, 18 e 19), os indicadores apontam a existência de um mercado de 10.000.000 t e 3.000.000 TEU para movimentação de cabotagem — pura e de distribuição (feeder) — no modelo de porto concentrador para Santos, e tais volumes podem ser até superiores a esses primeiros dados. O crescimento médio nacional da carga nobre de cabotagem se acentuou na última década, e no Porto de Santos (ver Fig. 20) o transbordo já representa 50% dessa operação na costa sul-americana (ver Fig. 21). Notórias vantagens dessa realidade são o uso racional e a conservação de energia, a preservação do meio ambiente, por redução da importação do diesel automotivo, exportação do óleo bunker (utilizado nas embarcações) e redução da emissão do CO2, gerando beneficios para o sistema portuário. Com o modelo de porto concentrador de carga para Santos, o ciclo de um navio da rota da Costa Leste NorteAmericana se reduz à metade.

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Figura 16 Movimentação geral do Porto de Santos de 1990 a 2002.

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Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem

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Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem

Figura 19

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Figura 20

Fotografia de trecho do Porto de Santos (SP).

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

1 - Leste da América do Sul e Caribe 2 - Oeste da América do Sul 3 - Leste da América do Norte e Caribe 4 - Golfo do México 5 - Oeste da América do Norte 6 - Oeste da África 7 - África do Sul 8 - Leste da África 9 - Norte Europeu 10 - Mediterrâneo 11 - Oriente Médio 12 - Extremo Oriente 13 - Oceania

Figura 21 Rotas marítimas de cabotagem e longo curso a partir do Porto de Santos.

3.1.1 Sustentabilidade da cabotagem A partir de pesquisas de transbordo e tonelagens movimentadas comparativamente entre os portos (ver Fig. 22), é possível evidenciar as potencialidades de cada estrutura e logística portuárias. De fato, as pesquisas de janeiro a junho de 2003, em linhas de navegação, confirmam o potencial do Porto de Santos como porto concentrador de carga, com 5.659 transbordos — 53% do total de 10.827 TEU — dessa operação realizados entre os portos de Fortaleza e Buenos Aires. Na mesma figura, apresentam-se os dados de pesquisa sobre movimentação de contêineres pelas linhas de navegação que operaram no Porto de Santos em janeiro de 2004, cuja operação consegue atingir até 100 TEU/h. Os navios para efetuarem essa operação poderiam situar-se entre 500 e 2.500 TEU (em média, 15 trfEU), enquanto os de longo curso situam-se acima de 3.500 TEU, até os maiores de mais de 8.000 TEU. Em 2004 havia no mundo 3.300 navios porta-contêineres em operação, totalizando capacidade global para 7,2 MTEU, com crescimento acentuado de encomendas de navios acima de 8.000 TEU, o que agregará nos próximos anos mais 1 MTEU ao total global. Assim, as exigências de profundidades de 14,5 a 16 m em canais, bacias e berços, bem como largura de retroárea mínima de 500 m, passam a ser mandatórias para os portos concentradores. Na atualidade, as rotas de longo curso de mínimo frete serpenteiam em tomo do Trópico de Câncer. Em cada situação, devem ser consideradas as políticas de sustentabilidade da navegação de cabotagem, conforme elencado a seguir: • vinculação das linhas de cabotagem às expressas de longo curso; • consequente redução de até 50% do tempo de viagem dos navios do Atlântico Norte com a redução de escalas; • crescimento do faturamento e consequente absorção da pernada de cabotagem dentro do frete de longo curso; • favorecimento para implantação e crescimento do Feeder Service;

Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem

SPB SUP FOR 0% 0% 1% BUE SSA 3% 4%

SNS 53%

PNG 1%

Porto de Santos (janeiro de 2004)

MVD 5%

Transbordo de cabota em de/para internacional (48,39%)

REC RIO 15% 0%

Transbordo de/para intemacional/Mercosul (14,30%) Transbordo de cabotagem de carga nacional (2,50%)

,0_, ,

1.

ti ...

),,,

,k,

w

'

PEC 0%

Mês

Atividade

Exportação Janeiro Importação de 2003 Total Exportação Fevereiro Importação de 2003 Total Março de 2003 Abril de 2003 Maio de 2003 Junho de 2003

BUE

MVD

SFS RIG 1% 17%

-

RIG

ITJ

SFS

Transbordo de cabotagem de/para Mercosul (10,25%)

ITJ 0%

PNG

SNS

SSA

94

131

4

5

SPB

RIO

Cabotagem, de exportação e importação (sem transbordo) (24,56%)

SUP

REC

FOR

2

33

77

3

1

31

17

18

2

127

208

7

6

31

17

430

17

197

1

37

4

59

37

38

4

256

37

282

Exportação Importação

90

3

116

Total

90

3

398

44

227

Exportação Importação

145

5

90

Total

145

49

317

109

304

Exportação

1

1

183

1

436 736 454

128

1

619

17

7

448

54

128

90

1.190

1

793

242

527

986

8

7

690

54

1

527

1.779

72

21

663

48

1

2

1.078

5

171

260

676

26

834

48

1

262

1.754

46

954

67

1

72

Importação

83

87

103

1

13

285

Total

83

196

407

1

59

1.239

67

172

313

19

11

1.656

103

1

413

19

12

2.069

103

1

2

Exportação

1

90

189

8

19

Total global

253

19

18

1

PEC

1.481

1 1

259

831

259

2.312

2

2.277 413

1.079

413

3.356

Importação

96

122

34

Total

96

294

347

Total exportação (unid)

1

325

1.417

1

91

86

4.282

293

1

10

O

2

109

O

6.618

Total importação (unid)

469

223

435

O

46

19

1.377

3

O

1

31

1.604

O

1

4.209

Total global (unid)

470

548

1.852

1

137

105

5.659

296

1

11

31

1.606

109

1

10.827

Figura 22

Regiões

Pesquisa de transbordo de contêineres nos principais portos brasileiros, em Montevidéu (Uruguai) e em Buenos Aires (Argentina).

BUE: Buenos Aires (Argentina) MVD: Montevidéu (Uruguai) RIG: Rio Grande (RS) ITJ: Itajaí (SC)

SFS: São Francisco do Sul (SC) PNG: Paranaguá (PR) SNS: Santos (SP) SSA: São Sebastião (SP) SPB: Sepetiba (RJ)

RIO: Rio de Janeiro (RJ) SUP: Suape (PE) REC: Recife (PE) FOR: Fortaleza (CE) PEC: Pecém (CE)

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

• • • • • •

implementação do porto concentrador e distribuidor de carga; atração de incentivos: cais preferenciais, redução de tarifas, aumento de produtividade, simplificação do trânsito aduaneiro; facilidades dos processos de rebocadores e práticos; favorecimento de acordos para esse mercado (em 2003, o mercado era inferior a 10% do seu potencial), de modo a melhorar a qualidade e reduzir o custo; políticas governamentais equilibradas quanto a subsídios fiscais e tarifas para os modais terrestres e o aquaviário; desenvolvimento de intercâmbio entre os portos e demais segmentos com os objetivos anteriores.

A Tab. 2 apresenta os dados do GEIPOT e a previsão do BNDES sobre a recuperação da cadeia logística no Brasil. Os dados fornecem o percentual em toneladas por km útil (tku). A progressiva conteinerização da carga geral no Porto de Santos, agregando açúcar, suco de laranja, algodão e produtos siderúrgicos, exige, além do aumento de área de pátios e empilhamentos limites, um aumento da rotatividade. Esse último processo requer a desobstrução das artérias dos modais terrestres, segregandoos, e a revalorização da capacidade ferroviária; bem como contar com uma cadeia logística que não considere o porto como depósito da indústria ou do agronegócio. De fato, no Porto de Santos, em 2004, a contribuição dos modais terrestres foi de: rodoviário, 73%; ferroviário, 14%; e dutoviário, 13%; e no Brasil a silagem portuária foi de 35% da produção. Estima-se que mais de 35 milhões t de carga geral, solta e conteinerizada, estão sendo transportadas por via terrestre junto à costa brasileira. O foco deste negócio são o cliente, o dono da mercadoria, o exportador e importador, as linhas de navegação (os operadores de transporte multimodal) e os operadores de unitização de carga em contêineres sem navio, que promovem a unitização e logística do porta a porta. A área de influência do Porto de Santos, hinterland que detém mais de 70% do PIB do Brasil, pode possuir um mercado de até 10 milhões t/ano, abrangendo, principalmente, a exportação para as regiões Norte, Nordeste e Sul, inclusive a chamada longa cabotagem do Mercosul. TABELA 2 Percentual de carga transportada por diferentes modais no Brasil Modal Ano Rodoviário

Ferroviário

Aquaviário

Dutoviário

Aéreo

1996

63,68

20,74

11,47

3,78

0,33

1997

62,91

20,72

11,56

4,55

0,26

1998

62,57

19,99

12,69

4,44

0,31

1999

62,29

19,60

13,19

4,61

0,31

2000

60,49

20,86

13,86

4,46

0,33

Projeção para 2010

39,70

30,50

22,00

Fundamentos sobre Porto Concentrador de Carga e Cabotagem

O Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada — Ipea publicou um levantamento do comércio interestadual de mercadorias que, contados somente os estados do litoral, dá alguns indícios do total de volume de carga que poderia migrar para a cabotagem. Em 1998, o valor total dessas transações interestaduais chegou a US$ 70 bilhões. Considerando-se que cada contêiner carrega em média US$ 50.000, uma fórmula simples indica que o mercado potencial da cabotagem é de 1,4 milhão de TEU por ano. A cabotagem transporta carga entre, pelo menos, dois portos nacionais, promovendo:

• • • •

•

aumento do mercado de trabalho nos segmentos portuários, marinha mercante e indústria naval; redução de 20% dos custos de transporte; alimento da densidade do modal rodoviário, do comércio e dos serviços no entorno do porto; maior segurança; menor consumo de óleo; rninimização da emissão de gases e partículas nocivas ao meio ambiente, com o benefício da redução desses impactos provocados pelo óleo combustível dos navios, viabilizando a obtenção dos créditos do Protocolo de Kioto em prol de incremento da cabotagem; desafogo das estradas rodoviárias.

Essa regra também se aplica à conhecida "costa oeste" brasileira, formada pelos grandes rios, que estão sendo dotados da indispensável infraestrutura, como a recente eclusa de Jupiá, que estendeu a hidrovia Tietê-Paraná a 2.400 km de rota navegável, favorecendo significativamente a economia de importantes estados e países do Mercosul. Nos países com potencial aquaviário, a cabotagem, por ser reconhecida pelo seu relevante valor socioeconômico e ambiental, se insere no conceito do desenvolvimento sustentável. Além de regras e estímulos dedicados, esse transporte é amplamente aplicado e amparado por normas e leis de proteção próprias. Destaca-se a Lei de Jones — Jones Act , dos Estados Unidos, que desde 1910 protege os segmentos da cabotagem, fomentando e privilegiando o mercado interno norte-americano. —

, A quantidade de linhas de navegação para a cabotagem está aumentando, o que gera: • • • • •

• •

maior oferta de navios: em 2004, operavam no l3rasil somente 12 navios de cabotagem de carga geral, enquanto nos Estados Unidos contavam-se cerca de 1.000; maior quantidade de escalas; menor tempo de trânsito; maior competitividade; redução de custos, inclusive com a possibilidade de medidas da Agência de Transportes Aquaviários do Ministério dos Transportes que sejam sustentáveis, de modo a desonerar a cabotagem e estimular o transbordo/ baldeio, em especial de contêineres em portos nacionais; integralização entre os modais de transporte; serviço porta a porta e credibilidade para o consumidor.

3,2 Figura 23 (A) Marina Itanhaérn (SP). (B)Iate Clube de llhabela (SP). (C) Centro Náutico de Salvador (BA).

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

Marinas e Atracadouros Pesqueiros

4 MARINAS E ATRACADOUROS PESQUEIROS A atividade turística ligada às marinas, ou portos de recreio, que correspondem a um conjunto de instalações à beira-mar necessárias aos usuáriós de pequenas e médias embarcações destinadas ao esporte náutico e ao lazer (ver Fig. 23), é responsável atualmente no Brasil por mais de 10.000 empregos diretos. Em 1995, havia 110 marinas marítimas e fluviais operando no Brasil, sendo que, das marítimas, mais da metade se concentra nos litorais dos Estados de São Paulo e Rio de Janeiro, com capacidade para abrigar 5.000 barcos de uma demanda de mais de 50.000. Nos últimos anos, houve um sensível incremento nos projetos de marinas no Brasil, contando-se com grandes empreendimentos completos para mais de 900 vagas molhadas. Nestas instalações, devem estar considerados os aspectos de apoio náutico: auxilio rádio/navegação, ancoragein/poitas, docagem e desembarque; bem como o apoio e informação de terra: comunicação, abastecimento, assistência técnico-mecânica, reparos, água, suprimentos, hospedagem, restaurantes, assistência à saúde, bancos e seguradoras. Somente como exemplo, nas marinas do Estuário do Rio Itanhaém (SP) contavam-se cerca de 200 barcos em estatística feita em 1998. No Brasil, a Zona Econômica Exclusiva — ZEE, que corresponde à faixa de mar entre o limite do mar territorial (12 milhas náuticas da costa) e 200 milhas náuticas da costa, é de 3,5 milhões de km2, com potencial, sem comprometimento de estoques, de 1,5 milhão de t/ano. A pesca artesanal desenvolve-se no mar territorial, enquanto a pesca industrial estende-se pela ZEE. Em 2001 o Brasil retirou cerca de 470.000 t de pescado do seu mar com uma frota pesqueira de cerca de 40.000 barcos, desde as artesanais canoas a embarcações de grande porte, o que resultou em exportações no valor de US$ 270 milhões, incluindo a aquicultura de água doce e salgada e os recursos de origem fluvial (em 2003, chegou-se a US$ 419 milhões). Cerca de 1 milhão de pessoas trabalham no setor pesqueiro brasileiro. A produção pesqueira nacional caracteriza-se pela proporção: 51% artesanal, 28% industrial e 21% aquicultura. Como exemplo da importância desta atividade, cite-se o município de Cananeia (SP), que tem a pesca como sua base econômica. Em 2000, foram desembarcadas 2.000 t de pescado, movimentando-se US$ 2 milhões no comércio direto de produtos costeiros, por mais de 300 barcos. A pesca artesanal e a comercial mecanizada (com autonomia de mar de cerca de 15 dias) apresentam potencial de desembarque de mais de 7.000 t/ano, como ocorreu em 1979. Na Fig. 24 apresentam-se exemplos de algumas instalações pesqueiras.

34 Figura 24 (A)Cais do Rio Preto em Peruibe (SP). (B)Cais Guará no Rio Itanhaém (SP). (C) Cais pesqueiro de Ilhabela (SP).

Panorama Hidroviário e do Gerenciamento Costeiro no Brasil

HIDRÁULICA MARÍTIMA

1 Hidrodinâmica das Ondas do Mar 37 2 Marés e Correntes 81 3 Processos Litorâneos

131

4 Hidráulica Estuarina

185

36

Hidráulica

Marítima

LISTA DE SÍMBOLOS a aB a' A

B

c cs C Di

D' o E ET

F9 Fo g G h H k Kr K, K, L Lo m M

n N p P Pd

/31

Q Qd

Q, Qg

amplitude da onda, aceleração centrípeta orbital amplitude orbital (metade da excursão total) das partículas fluidas no topo da camada limite oscilatória (aproximadamente no fundo) compacidade dos sedimentos semieixo horizontal do movimento orbital em onda de oscilação, distância vertical entre o datum e o nível médio do mar, parâmetro utilizado por Keulegan na análise de cunha salina estacionária em estuários semieixo vertical do movimento orbital em onda de oscilação, comprimento em baixa-mar para a máxima salinidade oceânica atingir a extremidade oceânica do estuário celeridade, ou velocidade de propagação, ou velocidade de fase das ondas celeridade de grupo de ondas, ou velocidade de propagação da energia total das ondas (no fluxo de energia) coeficiente de Chézy diâmetro de sedimento com i% em peso de diâmetro menor coeficiente de difusão aparente energia contida numa onda por unidade de área energia contida numa onda por unidade de largura (comprimento de crista) força gravitacional parâmetro de queda de Dean aceleração da gravidade constante universal de gravitação profundidade d'água altura da onda número de onda coeficiente de refração das ondas coeficiente de empolamento das ondas fator de resposta de pressão das ondas Comprimento da onda comprimento de cunha salina declividade da praia massa, transporte de sedimentos litorâneo longitudinal anual relação entre a velocidade de grupo e a de fase das ondas, coeficiente de Manning parâmetro utilizado por Ippen na análise de estuários misturados pressão das ondas potência contida numa onda por unidade de largura potência dissipada por atrito no leito na arrebentação das ondas e utilizada na geração das correntes litorâneas de arrebentação potência transmitida paralelamente à costa e por unidade de comprimento de praia na arrebentação vazão liquida vazão de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal rumando para a direita da praia vazão de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal rumando para a esquerda da praia vazão de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal global

vazão de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal resultante R distância entre dois corpos que se atraem, vazão de água doce Re: número de Reyrtolds densimétrico s salinidade área de seção transversal t ordenada temporal T período de onda curta ou de maré T, período médio de onda de oscilação u componente horizontal da velocidade orbital da onda de oscilação, velocidade longitudinal máximo valor da velocidade orbital das partículas fluidas uB no topo da camada limite oscilatória (aproximadamente no fundo) velocidade de transporte de massa pelas ondas curtas U velocidade ajustada do vento a 10 metros acima do nível UA do mar velocidade da corrente litorânea longitudinal gerada na V arrebentação das ondas velocidade de água doce Vr velocidade densimétrica á,V componente vertical da velocidade orbital da onda de osw cilação largura de estuário ordenada horizontal x ordenada vertical z ângulo formado pelas cristas das ondas com a isóbata a esbeltez, ou encurvamento, ou declividade da onda 8 fase de componente de maré A índice de arrebentação, peso específico da água ys~ pis pesos específicos dos grãos pesados ao ar e submersos ordenada da partícula d'água com referência ao nível mé11 dio da órbita da onda comprimento de onda de maré x viscosidade dinâmica v viscosidade cinemática do fluido fase da onda de oscilação, defasagem angular entre o nível e a velocidade numa onda de maré massa específica do fluido massa específica dos grãos pesados ao ar Ps frequência angular da maré a tensão de arrastamento de estabilização sobre o fundo Ts exercida pelas correntes frequência angular das ondas 0.) prisma de maré Qs.

SUBÍNDICES: relativo à arrebentação b assinala valor crítico quanto ao início de arrastamento c dos sedimentos indicativo das características das ondas em águas profuno das, relativo à grandeza na embocadura oceânica de um estuário RMS raiz do valor quadrático médio na arrebentação indicativo de onda significativa s

HIDRODINÂMICA DAS ONDAS DO MAR

1.1 INTRODUÇÃO SOBRE ONDAS DE OSCILAÇÃO A superfície livre do mar ou de grandes corpos d'água, como lagos ou reservatórios, apresenta-se normalmente ondulada devido a perturbações no plano d'água em repouso originadas de diversas causas. Os efeitos das ondas de superfície são de capital importância para o projeto de obras marítimas e lacustres, como portos, vias navegáveis, defesa dos litorais e de margens, obras offshore etc. e na Engenharia Naval. Um conhecimento adequado dos processos físicos fundamentais envolvidos com as ondas de superfície é muito importante para o planejamento e projeto das obras marítimas e lacustres. As ondas de superfície da interface água-ar transferem energia da fonte que as gerou para alguma estrutura ou linha de costa (ou margem), que dissipa ou reflete uma significativa parcela dessa energia. Assim, as ondas constituem o principal agente modelador da costa, pelo transporte de sedimentos que realizam, e produzem muitas das forças às quais as estruturas marítimas ou lacustres estão submetidas. As ondas de oscilação são movimentos periódicos cuja propagação não envolve grande deslocamento de massas liquidas de sua posição inicial por ocasião de sua passagem. As ondas de superfície geralmente derivam sua energia dos ventos que sopram sobre a superfície do mar e propagam-se principalmente no rumo em que eles sopram (convenciona-se indicar como rumo de propagação das ondas ou ventos o azimute da área de onde provêm). Na área de influência do vento sobre a superfície da água, zona de geração das ondas, estas se apresentam com formas irregulares, denominadas vagas, e constantemente mutáveis por causa das irregularidades da ação do vento e da sua variabilidade no rumo de propagação (tridimensionalidade). A descrição da superfície do mar é dificultada pela interação das vagas inclividuais, podendo-se associar um

C

3J

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

rumo de propagação a uma média dos rumos das vagas individuais. As vagas mais rápidas sobrepõem-se e passam sobre as mais lentas vindo de diferentes rumos. Algumas vezes, essa interação é construtiva, e outras vezes, destrutiva. Quando as ondas movem-se para fora da zona onde são diretamente afetadas pelo vento, assumem um aspecto mais ordenado, e são denominadas ondulações, com a configuração de cristas e cavados definidos e com uma subida e descida mais rítmicas. Essas ondulações são aproximadamente paralelas e propagam-se de modo sensivelmente uniforme e sem grandes deformações em direção à costa ou às margens, sendo, portanto, ondas bidimensionais. Chegam à costa com intensidade variável em função das características adquiridas quando de sua geração. Tais ondas podem viajar centenas ou milhares de quilômetros após deixarem a área em que foram geradas, sendo sua energia dissipada internamente ao fluido, pela interação com o ar, no leito em águas rasas e na arrebentação. Na zona de geração das vagas, não é possível o estabelecimento de um equacionamento analítico do movimento, pois as rajadas da ação do vento são um fenômeno essencialmente aleatório, que deve ser tratado estatisticamente. Nesta zona, as vagas comportam-se como oscilações forçadas, em que a força perturbadora do vento é continuamente aplicada. Já as ondulações podem ser mais aproximadas ao conceito de ondas cilindricas (bidimensionais) simples, sucessivas, equidistantes e de formas idênticas que se propagam com celeridade constante e sem deformações em águas profundas, constituindo um trem de ondas. Neste caso, as ondulações comportam-se muito mais como oscilações livres, isto é, sem a ação da força perturbadora do vento que as produziu e dependendo apenas da força da gravidade, o que permite o estabeleclinento de formulações analiticas para o equacionamento do fenômeno. As teorias formuladas para descrever analiticamente o mecanismo das ondas de oscilação são baseadas em ondas simples descritas por funções matemáticas elementares que podem ser usadas para descrever o movimento das ondas. Para muitas situações práticas, essas formulações simplificadas fornecem previsões confiáveis para as aplicações em Engenharia. Em geral, o fenômeno das ondas de oscilação é complexo e difícil de ser descrito matematicamente devido às características de não-linearidade, triclirnensionalidade e aleatoriedade. Entretanto, há duas teorias clássicas, uma desenvolvida por Airy e outra por Stokes, que descrevem as ondas simples e que preveem bem o comportamento das ondas, principalmente em lâminas d'água maiores relativamente ao comprimento de onda. Entre as teorias de ordem superior, ou de amplitude finita, citam-se a de Stokes de ordem superior, a cnoidal e a solitária. A teoria de onda mais elementar, referida como de pequena amplitude ou linear, foi desenvolvida por Airy e é de fundamental importância, uma vez que não somente é de fácil aplicação mas também confiável, abrangendo um grande campo de todo o regime de ondas. Matematicamente, essa teoria pode ser considerada como uma primeira aproximação de uma completa descrição teórica do comportamento da onda. A observa.ção de um flutuador na superfície das ondas revela que sua posição oscila, horizontal e verticalmente em torno de uma posição fixa. Isso pode parecer paradoxal, já que o perfil das ondas move-se progressivamente junto ao flutuador com velocidade defirdda. Obviamente, a velocidade do flutuador, que corresponde à velocidade da partícula d'água, e a velocidade com que a crista da onda se propaga,

Introdução Sobre Ondas de Oscilação

que corresponde à velocidade de fase ou celeridade da onda, são muito diferentes. Assim, o conceito de ondas de oscilação ou quase oscilatórias pode ser entendido: corresponde àquelas ondas em que as trajetórias descritas pelas partículas são órbitas fechadas ou quase fechadas em cada período de onda'. Ondas sinusoidais ou harmônicas simples, como as tratadas neste capítulo, são ondas simples cujo perfil superficial pode ser descrito por uma única função seno ou cosseno. Elas são periódicas porque o seu movimento e o seu perfil superficial são recorrentes em iguais intervalos de tempo, definindo o período. Por outro lado, uma forma de onda que se move relativamente a um ponto fixo, definindo um rumo de propagação, é denominada onda progressiva, que, portanto, reproduz-se no tempo e no espaço. E a onda é denominada de estacionária quando sua forma não tem rumo de propagação, e sua celeridade é nula. A teoria linear de Airy descreve ondas puramente oscilatórias. Muitas teorias de ondas de amplitude fmita descrevem ondas quase oscilatórias, já que, na realidade, o fluido desloca-se um pequeno comprimento no rumo de propagação das ondas em cada passagem sucessiva de onda. É importante distinguir os vários tipos de ondas que podem ser gerados e propagados. Na classificação das ondas apresentada na figura a seguir, o período, intervalo de tempo que uma onda dispende para progredir uma distância de um comprimento de onda, ou o seu recíproco, a frequência, relacionam-se à quantidade relativa de energia contida nas ondas. São também indicadas as forças geradoras primárias e de restauração para as várias regiões desse espectro de energia. De primária importância são as ondas de gravidade geradas pelo vento, que têm períodos de 1 a 30 s — os períodos mais frequentes são de 5 a 15 s —, pois são normalmente as mais linportantes nos estudos de Hidráulica Marítima e de grandes lagos. São denominadas ondas de gravidade porque a principal força restauradora é a da gravidade, isto é, a força que tenta restabelecer o estado de equilíbrio em repouso da superfície da água. Esse tipo de ondas apresenta uma grande quantidade de energia a elas associada. O espectro de ondas genérico é essencialmente contínuo das ondas capilares, passando pelas ondas gravitacionais, ondas de longo período (como as oscilações de superfície em bacias portuárias, tsunamis gerados por terremotos ou erupções vulcânicas submarinas, maremotos gerados por perturbações meteorológicas de grande escala como furacões), até as marés astronômicas. Entretanto, nem todos os períodos de ondas estão presentes num dado local e num determinado instante, embora usualmente coexistam muitos diferentes períodos, mesmo que somente com baixos níveis de energia. Por exemplo, a análise detalhada de uma série histórica de níveis d'água num ponto de uma baía pode mostrar ondas de vento de 2 a 6 s, oscilações geradas pelo deslocamento de uma perturbação meteorológica com período de 1 h e uma maré com componentes de período de 12 a 24 h. Como vimos, as ondas de gravidade podem ser subclivididas em vagas e ondulações. As primeiras são denominadas ondas de crista curta por conta das interseções de ondas que se propagam em diferentes rumos, e são usualmente compostas por ondas mais esbeltas (sua esbeltez ou encurvamento — relação entre a altura e o comprimento de onda — é maior) com períodos e comprimentos de ondas mais curtos e superfície d'água muito mais perturbada pela ação direta do vento. E as ondulações são denominadas de ondas longas e são muito mais regulares, pois não estão sujeitas à ação intensa do vento.

39

40

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

As principais características das ondas de gravidade podem ser resumidas como segue: a) São de períodos relativamente curtos, podendo-se citar as seguintes ordens de grandeza máxima:

Período (s) Comprimento (m) Altura (*) (m) (5)

Oceano Pacífico

Mar do Norte

Mar Mediterrâneo

Cananeia (SP)

22

20

14

12

900

500

300

170

25

20

10

7

Altura máxima assinalada: 34 m no Oceano Pacífico.

Em águas rasas, os comprimentos das ondas — e, consequentemente, suas celeridades — reduzem-se até mesmo à metade. A amplitude também é reduzida. b) Em águas profundas, a sua influência está restrita a uma camada superficial e não a toda profundidade. c) Os movimentos das partículas d'água associadas são de magnitude semelhante nas direções vertical e horizontal. d) As acelerações verticais das partículas d'água são significativas e aproximamse da ordem de magnitude da aceleração da gravidade (g), podendo atingir 0,1 a 0,2 (g) nas maiores ondas. Já vimos que as ondas reais são complexas, entretanto muitos aspectos da mecânica dos fluidos necessários para a discussão completa têm influência reduzida na solução da maioria dos problemas de Engenharia. Portanto, uma teoria simplificada que omita muitos dos fatores complicadores é útil. As hipóteses feitas no desenvolvimento da teoria simplificada apresentada devem ser entendidas porque nem todas são justificáveis em todos os problemas. Quando uma hipótese não for válida num problema particular, uma teoria mais completa deve ser empregada. A mais restritiva das hipóteses comuns é a de que as ondas são pequenas perturbações da superfície da água em repouso. Isso conduz à teoria de onda genericamente denominada de pequena amplitude, linear, de Airy ou de Stokes de primeira ordem. Essa teoria fornece informações para o comportamento de todas as ondas periódicas e urna descrição da mecânica das ondas que é apropriada para a maioria dos problemas de Engenharia. Ela não permite levar em conta o transporte de massa devido às ondas, ou o fato de que as cristas das ondas afastam-se mais do nível d'água em repouso do que os cavados, ou a própria existência da arrebentação das ondas, para cujas previsões são necessárias teorias mais gerais. As principais hipóteses formuladas comumente no desenvolvimento da teoria de uma onda simples são: a) O fluido é homogêneo e incompressível, portanto de massa específica (p) constante. b) A tensão superficial é negligenciável, o que é aceitável para comprimentos de onda superiores a 2 cm e períodos superiores a 0,1 s. c) Pode-se negligenciar o efeito da aceleração de Coriolis. d) A pressão na superfície livre é uniforme e constante (atmosférica).

Introdução Sobre Ondas de Oscilação

e) O fluido é ideal e não viscoso.

o

A onda considerada não interage com as outras.

g) O leito é horizontal, fixo, impermeável, e isso implica que a velocidade orbital vertical junto ao leito é nula. h) A amplitude da onda é pequena comparativamente com seu comprimento e a profundidade da água, e sua forma é invariante no tempo e no espaço. i) As ondas são planas (ou de crista longa ou bidimensionais), com forma lisa e regular, porque o movimento das partículas liquidas que formam a onda apresenta simetria cilíndrica, ou seja, repete-se identicamente em planos paralelos ao rumo de propagação. Como veremos, as velocidades das partículas de água são relacionadas às amplitudes das ondas, e suas velocidades de fase ou celeridades são relacionadas com a profundidade da água e o comprimento da onda. Isso implica, pela hipótese (h), que as velocidades das partículas são pequenas quando comparadas à velocidade de fase da onda. De um modo geral, pode-se dizer que as três primeiras hipóteses são aceitáveis para virtualmente todos os problemas. As hipóteses (d), (e) e (f) somente não são consideradas em problemas muito específicos. Já as três últimas hipóteses não são consideradas em vários casos, principalmente em águas mais rasas e perto da arrebentação, onde as velocidades das partículas e a velocidade de fase da onda são próximas. As características, definições e os equacionamentos básicos relacionados com urna onda oscilatória progressiva sinusoidal simples estão ilustrados nas Figs. 1.1(A) e 1.1(B).

Figura 1.1 (A) Vistas do canal de ondas do LHEPUSP. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

4t

4,2

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

3

c

Movimento orbital real com órbita não fechada (deriva resultante)

u-

ag cosh k(z +h) c cosh (kh)

cos0

ag senh k(z +h)

w-

c cosh (kh)

.....

sen9

u=O

w (+)

u,w: componentes horizontal e vertical da velocidade orbital tangencial (Airy) ax az =

gir1-1 cosh k(z +h) cosh (kh) cosh (kh)

C

sen0

-g/r1-1 senh k(z + h) L

u (+) D w=O G ........ ........

A

u=O w (-)

cos0

u (-) w=O

ax, az: componentes horizontal e vertical da aceleração centrípeta orbital (Airy)

Movimento orbital em águas profundas (h > L/2)

x: propagação da onda

H = 2a

>

partícula celeridade c = L/T

[2z 2irti

1_ X --T 11 -' MOS —

i, .4____________ ...---.:4 Nível médio

E

,

-c,,--

fasé(0)

(1)_,

ri = ordenada da linha d'água

TS o

k = (2z/L) = número de onda co = (2/r/T)= frequência angular i _ gT L — O - 0.)

P o-

0D

.5 O C -o D ,_

Movimento desprezável

2.0 a.

13E

Raio de órbita = aexp(kz)

z = -L/2 O = 7r/2

0=

O=

cavado

0 = 27r crista

Comprimento da onda, Lo

Movimento orbital em águas intemediárias e rasas (h < L/2)

27r i acos[27r x - — t L T

/2

H = 2a

x: propagação da onda „. celeridade c = L/T

fase (0) n = ordenada da linha d'água

_

-4

_ _

Nivel medro

k = (2z/L) = número de onda co = (27r/T) = frequência angular gT L — tanh (kh) co

Semieixos da elipse orbital: AB-

acosh k(z + h) senh (kh) a senh k(z + h) senh (kh)

(horizontal)

Comprimento da onda, L

O= crista Movimento de vaivém no fundo

(vertical)

Figura 1.1 (B) Definições e equacionamentos básicos de uma onda oscilatória progressiva sinusoidal simples, segundo Airy.

Ondas Monocromáticas e Ondas Naturais

A agitação das ondas de oscilação desempenha ação dominante em movimentar os sedimentos do fundo das áreas costeiras, bem como originando as correntes de arrebentação longitudinais, transversais e nas velocidades de transporte de massa, as quais transportam os sedimentos. A assimetria das velocidades sob a crista e o cavado das ondas é outra fonte geradora do transporte resultante de sedimentos. As ondas podem ser geradas por efeito de ventos locais soprando sobre o mar numa certa pista de sopro (fetch) num determinado tempo, as vagas; ou ser produzidas por tempestades distantes, quando as ondulações (ou marulhos) têm maior período (digamos, certamente acima de 10 s) e, consequentemente, maior comprimento (digamos, acima de 200 m), com menor dispersão de períodos, rumos e alturas, e por isso menor esbeltez (8 = HIL) do que as vagas. O monitoramento sistemático da agitação evidencia que os ventos locais e as vagas têm pouco efeito sobre as dimensões e propagação das ondulações, sendo mínima a interação, porque essas últimas ondas, deixando a área da tempestade geradora, têm sua energia atenuada, com consequente redução de altura a alguns centímetros e pouca área exposta ao vento.

1.2 ONDAS MONOCROMÁTICAS E ONDAS NATURAIS A onda de oscilação do tipo mais simples é a monocromática (ou regular, ou de frequência única), que possui um único valor de altura, H, e período, T, sendo cada onda idêntica às outras. Se a onda tem uma altura muito reduzida comparada com o seu comprimento, aproxima-se bem de uma oscilação do nível d'água senoidal, e seus parâmetros podem ser fornecidos pela teoria linear de ondas. As ondulações aproximam-se razoavelmente bem das ondas monocromáticas. As ondas naturais (irregulares, ou randômicas) no mar compreendem um espectro de períodos, rumos e alturas de ondas. O espectro de frequência, S (w), fornece a distribuição da energia da onda como função da frequência angular w = 27r/T. Os espectros medidos no mar podem ser aproximados por duas formas extremas: ondas plenamente desenvolvidas em águas profundas e pico mais definido e afilado, que se aplica à agitação na plataforma continental. Essa última condição é mais apropriada quando se analisam situações costeiras para estudos de processos litorâneos, pois as ondas "sentem" o fundo e, portanto, o sedimento "sente" a onda. A Fig. 1.2 ilustra dados de mar, registrados por ondógrafo em 25, 26 e 27/01/1973 na Plataforma Marítima P-3 da Petrobras, no litoral do Estado do Espírito Santo. No dia 26, nota-se um deslocamento do sistema de alta pressão polar para NE. Como a alta do Atlântico Sul permanece na sua posição, gera-se uma linha de instabilidade estendendo-se na altura do litoral do Rio de Janeiro. Essa linha provoca um aumento na velocidade do vento na costa do Espírito Santo, observando-se vento de N e NNE com intensidade de 15 nós. A frente fria passa pela área de interesse no dia 27, produzindo mudança na direção dos ventos para SW e SSW, influindo diretamente na mudança da pista de sopro livre dos ventos sobre a superfície do mar. A costa do Espírito Santo nestas latitudes praticamente tem orientação N-S, resultando numa pista de sopro livre de aproximadamente 40 MN, para os ventos de SW e SSW, enquanto para ventos de NE e NNE a pista

43

•

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Barra 5

C 20 18 16 14 n 12

ço

25/01/1973 -9h GMT

c% P3

6 4 2 O

ontal Fia Regência

2,1,Regêncla ‘,21:

d oce

acirra do Riacho

I

20 18 16 14 23 12 10 E 8 6 4

0,1

0,2

r

0:3

0;4

0:5

0:6 Hz

0,3

0,4

0,5

0,6 Hz

0,3

0,4

0,5

0,6 Hz

0,3

0,4

0,5

0,6 Hz

0,3

0,4

0,5

0,6 Hz

0,3

0,4

0,5

0,6 Hz

25/01/1973 - 15h GMT

ro de S. Cruz

, /

0,1

0,2

20 26/01/1973 - 9h GMT

8 rra do Almeida

■.:.

'''

) _' /

)■ Barrado Jocareipe

-

Vitada / il ..-......) Baixoo do Cor t1( '' 44 "1 0, (Pia. de S. Luzia I. dos Pacotes

Praijielaie 1

A

Jaca

18 16 14 2 12 • 1(8) 6 4 2 O 0,1

0,2

20 26/01/1973 - 15h GMT 18 16 14 Ei 12 10 8 6 4 2 O 0,1

0,2

20 27/01/1973 - 9h GMT 18 16 14 12 rr 10 E8 6 4 2 O o

0,1

6,2

20 27/01/1973 -15h GMT 18 16 14 ei 12 • 10 E8 6 4 2 0,1

0:2

Figura 1.2 (A) Posição da plataforma P-3 (19°22' S; 39°12' W). (B)Carta sinática do dia 26/01/1973 às 9h GMT. (C) Desenvolvimento do mar ilustrado pelos espectros de distribuição de energia.

Dispersão da Onda e Velocidade de Grupo

é praticamente ilimitada. Os aspectos de distribuição de energia com a frequência evidenciam como a energia ondulatória atinge seu máximo na condição préfrontal, pela intensificação dos ventos de N e NNE, reduzindo-se com a passagem da frente fria pela redução da extensão da pista de sopro livre e da velocidade dos ventos. As ondas naturais são frequentemente descritas somente pela sua altura significativa, II s, correspondente à altura média do terço maior de ondas de um registro, e pelo seu período médio, 7' z. Ambas as grandezas são estatisticamente definidas por ondas correspondentes ao cruzamento ascendente do zero (nível d'água em repouso). Figura 1.3 (A) e (B) A composição de dois trens

1.3 DISPERSÃO DA ONDA E VELOCIDADE DE GRUPO Aquelas ondas em águas profundas que têm maiores períodos e, consequentemente, maiores comprimentos deslocam-se mais rapidamente, sendo as primeiras a atingir regiões afastadas da tempestade que as gerou. O registro numa localidade de ondas provenientes de uma tempestade a grande distância (mais de 500 milhas náuticas, digamos) mostra ao longo do tempo que o pico do espectro de energia

o to— E (c3 • ,(13 o>

A A /A /A A 411t IPA AA A& /A ta

VWWVVW VIVVI

de onda (mostrados em preto e cinza) de comprimentos ligeiramente diferentes (mas de mesma amplitude), formando grupos de ondas. (C) Trecho de ondograma registrado com ondógrafo de ultrassom ao largo da Ilha da Moela em Santos (SP), numa profundidade de 22 m no dia 18/01/1980.

at At • A*1 /A /A I AI Al

TVW W V

WVW

W

Tempo

o

3D o 0—

Eg O rE u (i) O> c.)

a) o

.11111.__ã 1111_,..11 IA -'1111vw 7 ■ 1111v -T1111

Tempo

Grupo de onda

(m) +2 +1

° "VAVAliviliCLIÁVÁC iallaiLe

-2 effilein~ 25

50

75

100

(sr

46

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.3 (Continuação) (D) A relação entre celeridade de onda e celeridade de grupo. À medida que a onda avança da esquerda para a direita, cada onda move-se através do grupo para extinguir-se na frente (por exemplo, a onda 1), conforme novas ondas formam-se na retaguarda (por exemplo, a onda 6). Neste processo, a energia da onda encontra-se contida em cada grupo e avança com a velocidade de grupo.

desloca-se progressivamente para as altas frequências, com o que é possível estimar as sucessivas celeridades e o tempo e o local de sua origem. Esta separação das ondas devida às diferentes celeridades é conhecida como dispersão, característica que produz um fenômeno de interferência entre ondas que forma os chamados grupos de ondas, os quais apresentam uma celeridade de grupo. As Figs. 1.3(A) e (B) evidenciam um simplificado e idealizado exemplo de interferência de dois trens de onda sinusoidais com pequena diferença de comprimento e, consequentemente, de período, e mesma altura das ondas (II), movendose no mesmo rumo. É possível proceder à soma dos dois trens, já que a superposição de soluções é permissível quando se usa a teoria linear. Nas posições em que as cristas dos dois trens de onda coincidem, estando completamente em fase, as amplitudes somam-se e a altura de onda observada é 2 H. Nas posições em que as cristas de um trem de onda coincidem com os cavados do outro, os dois trens de onda estão completamente em oposição de fase, a altura de onda resultante é nula, isto é, as amplitudes cancelam-se e a superfície d'água tem mínimo deslocamento. Na Fig. 1.3(C), apresenta-se um ondograma real. Assim, os dois trens de ondas interagem, cada um perdendo sua identidade individual, combinando-se na formação de uma série de grupos de onda, separados por regiões quase ausentes de agitação. O grupo de onda avança mais lentamente do que as ondas individuais no grupo. A Fig. 1.3(D) mostra a relação entre a celeridade da onda e a de grupo. A celeridade com a qual um trem de ondas se propaga geralmente não é idêntica à celeridade com que as ondas individuais dentro do grupo se propagam. A celeridade — ou velocidade — de grupo (cg) é inferior à celeridade — ou velocidade de fase — em águas intermediárias ou profundas. A celeridade de grupo e o termo n(cg = nc), pela teoria linear de ondas, são dados por: ■ 2kh c c = / 1+ senti 2kh g 2 —

Energia da Onda

sendo, em águas profundas,

c = -L) c go 2 no = 0,5 e em águas rasas,

cg = c n=1 Assim, excetuando a área de águas rasas em que cada onda representa seu próprio grupo, a celeridade das ondas é maior do que a celeridade de grupo. Dessa forma, um observador que segue um grupo de ondas com a sua velocidade nota que as ondas componentes surgem no ponto nodal da retaguarda do grupo e movem-se para a frente, através do grupo, viajando com a celeridade, e desaparecem no ponto nodal da vanguarda do grupo. A celeridade de grupo é importante porque é com essa velocidade que a energia das ondas se propaga.

1.4 ENERGIA DA ONDA 1.4.1 Pressão subsuperficial A pressão subsuperficial efetiva sob a ação das ondas é dada por: P—

yacosh[k(h + z)]cos(kx — cot) yz cosh(kh)

sendo y o peso específico da água. O primeiro termo da equação representa a componente dinâmica devida à aceleração pela passagem da onda, enquanto o segundo termo é a componente hidrostática da pressão. Pode-se reescrever a equação como: P = riKz — = 'YNKz — z)

sendo: K

cosh[k(h + z)] cosh(kh)

O parâmetro Kz é denominado fator de resposta de pressão. Dois casos particulares importantes ocorrem quando: z = O (nível d'água em repouso), z = h (no leito). —

Conclui-se que a pressão nas zonas de z positivo, com a passagem de uma crista de onda pela seção, pode ser considerada hidrostática, o que está representado na Fig. 1.4. Por outro lado, no leito sob a crista da onda (ri > O), a pressão é inferior à hidrostática, enquanto sob o cavado, supera a hidrostática. A explicação física

47

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.4 Diagramas de cargas de pressões pela passagem da crista e cavado da onda.

=a —0

71 ( 1 - kz)

h

Carga hidrostatica

Carga hidrostática

para essas duas condições extremas é a seguinte: por ocasião da passagem de uma crista, as partículas apresentam aceleração centrífuga dirigida para cima, aliviando a gravidade, enquanto no cavado a aceleração centrífuga é dirigida para baixo no sentido da gravidade. A definição dos diagramas de pressão causados pela passagem de ondas progressivas é importante para a determinação de esforços em elementos de obras vazadas, como estacas de plataformas.

1.4.2 Energia e potência das ondas A energia total de um sistema de ondas é a soma de suas energias cinética e potencial. A primeira decorre das velocidades das partículas d'água associadas com o movimento. A segunda resulta da porção de massa fluida acima do cavado. De acordo com a teoria linear, as energias cinética e potencial componentes são iguais, e a energia total em um comprimento de onda por unidade de comprimento de crista é:

T

2

=— 8 pgH E

L

onde p é a massa específica da água. A energia total da onda por unidade de área superficial, denominada energia específica, é dada por:

2 1 E = — pgH 8

Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas

Obviamente, nenhuma energia é transmitida através das regiões com ausência das ondas, isto é, entre os grupos de ondas. Por outro lado, a transmissão de energia é máxima quando as ondas no grupo atingem a máxima dimensão. Em assim sendo, a energia está contida no grupo de onda e propaga .-se com a velocidade de grupo. O fluxo de energia da onda é a taxa pela qual a energia é transmitida no rumo de propagação da onda em um plano vertical perpendicular a esta e estendendose por toda a profundidade. A energia transmitida durante um período equivale à totalidade da energia contida num comprimento de onda. O fluxo de energia médio por unidade de comprimento de crista é: P =E Cs, = E n sendo P também denominada de potência da onda. Para águas profundas e águas rasas, têm-se respectivamente: 1 u 2 1 gT 22 1 P0= Eo noco= -8P g- olit- = -3-27r pg HoT

P = Ec = pgH2 j, 8 •

1.5 CARACTERÍSTICAS ESTATÍSTICAS DAS ALTURAS DAS ONDAS OCEÂNICAS 1.5.1 Distribuição das alturas de ondas numa tempestade A probabilidade de excedência de uma altura de onda II, (P (H)), numa tempestade pode ser estimada pela distribuição de Rayleigh (ver Figura 1.5), que é a de melhor ajuste em águas profundas nesta estatística de curto período: P(H) e F2(1//1-13)2 1 = e [-(HlHRms) 21 correspondendo respectivamente a cálculos com a altura significativa H, (média do terço maior de alturas das i ondas de um registro) e com a raiz do valor quadrático médio

1

HRms = \1

(117 )

Segundo essa distribuição, são estes os valores notáveis para as alturas de ondas: (P(Hmáx) = 0,001); Hmáx = 1,86 Hs HRms = 0,706 Hs; H = 0,626H, (média) Cada onda é caracterizada pela porção do registro ondográfico contido entre dois cruzamentos sucessivos do nível médio do mar no período de registro (zero), podendo-se considerar o cruzamento ascendente ou descendente.

49

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.5

O

1

2

3

[ I I I I I E.1 l Valores de --fi. para vários valores de P(H) s Probabilidade de excedência

H/Hs

10-5

2,40

2 x 10-5

2,33

5 x 10-5 10-4

2,22

2 x 10-4

2,06

5 x 10-4

1,95

2,15

10-3

1,86

2 x 10-3

1,77

5 x 10-3

1,63

0,01

1,51

0,02

1,40

0,05

1,22

0,10

1,07

0,125

1,02

0,135

1,00

0,20

0,898

0,50

0,587

1,00

0,000

—

Pro ba bilida de de exc edênc ia c)oIV cri

P ( H) (%)

1 r-N2

N.) cri

9

Distribuição de Rayleigh.

I U-

O

2

3 Relação entre as H alturas de ondas Hs

A caracterização de um registro de ondas naturais é frequentemente efetuada pelo fornecimento da altura de onda significativa e pelo período médio (112) . Essa é a prática usual adotada nos estudos de Hidráulica Marítima, uma vez que são negligenciadas as ondas menores, cujos efeitos não são dominantes. Além disso, os registros hidrográficos mostram que a altura de onda significativa corresponde razoavelmente bem à percepção visual da máxima agitação de um observador experiente, fornecendo resultados bastante próximos. A altura correspondente à raiz do valor quadrático médio é também utilizada na caracterização da energia da onda, porque o seu quadrado é uma boa medida média desta. Outro período também adotado na caracterização do registro de ondas é o período de pico do espectro (Tp), que, dependendo da forma do espectro, pode ser de 1,1 a 1,4 vezes o período médio.

5)t

Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas

Figura 1.6

4\ o,000l u `-` 0,0002 0,0005 0,001 0,002

0,005 0,01

3,5 m 3,3 m 1 vez/10 anos 1 vez/5 anos

0,02

0,05 0,1

2,0 m

0,2

1 vez/1

ano

0,5 P. ._O

/

1 2

U

c (CD "O sa) Ux O (1.)

-o a) 13 u "P 13-

O _Q O ri

5 10 20

50 / 80 90 95 98 99 99,5 99,8 99,9 99,95 99,98 99,99 99,995 99,998 99,999 100

•

/

i

/ / /

• 02

0,3

04

0,5 06070,8091,0

2

3

4

5

Hs(m)

1.5.2 Distribuição estatística de longo período A estimativa de longo período — acima de 10 anos — da clistribuição de alturas é frequentemente efetuada com metodologias de distribuições estatísticas de fenômenos aleatórios (por exemplo, as de Gumbel e Weibull) utifizando-se como parâmetro a altura de onda significativa ou máxima (ver Fig. 1.6). Essas distribuições, associadas com a distribuição estatística de curto período, permitem estimativas de períodos de retorno para o projeto de obras costeiras. A dispersão da previsão de uma altura de onda em função do período de retorno para diferentes distribuições estatísticas começa a ser muito grande quando o período de retorno supera de 3 a 4 vezes o período de observação da base de dados de ondas. Séries

(A) Previsão de longo período de retorno da altura de onda significativa e máxima na costa do Espírito Santo na localidade assinalada na Fig. 1.2. (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Hidrodinâmica das Ondas do Mar Figura 1.6 (Continuação)

0,0001 0,0002 0,0005 0,001 0,002 0,005 0,01 0,02

(B) Previsão de longo período de retorno da altura de onda máxima na costa do Espírito Santo na localidade assinalada na Fig. 1.2. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

• /

7,0 m/ 1 vez/ O anos 6,5 m/ vez/ anos

IA

0,05

5,7 m/e

/

0,1 0,2 0,5

/

,i

1 vez/ ano

1 2

/

5

R)

10

.0 c5

20

/h

XI)

0O (.x) O(i) -O -0a)0

50

2-5

80

P

/

O

..0O

90

ct

95

/

/

98 99 99,5 99,8 99,9 99,95 99,98 99,99 99,995 99,998 99,999 100 2

3

4

5

6

(m

7 8 9 10 Hriláx

históricas contínuas de longo período de registros com ondografos no litoral brasileiro são poucas, e assim são usadas técnicas de reconstituição do estado do mar passado a partir de dados meteorológicos para definir as distribuições de longo período, como apresentado no gráfico de Darbyshire e Draper na Fig. 1.7, a partir da pista de sopro (fetch), velocidade do vento a 10 m acima do nível do mar e duração do vento para atingir o mar plenamente desenvolvido. Com os valores da velocidade e do fetch, verifica-se a duração para obter a condição para mar plenamente desenvolvido, e se avalia, para a mesma velocidade, se o caso é de limitação de fetch ou de duração.

Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas

32

N.) 1.DNNC.) CO Cr CO CO ON.)

ineweemerinensegume Ne 1 nememek lah. rammer 1 11111,111 ILTINNELI 110111111NL MN-IN a learile. emhsighatinitentr INRI 61k,111,11111,111alitlefi III 1111113111p3 rimoiviira viii ni" wei etemen amirriára DALIN

1.111 II

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■emem maintrempirearitrtzteril PIM iiiffiltilite04-1ZAr ARAI - 1 05 Hs() 10

ts.)

Velocida de do ve nto (m /s )

Duração do vento para mar

11111111fflEON SOuramilu3 Illiii"ilfflill

E

Comprimento ento dapista 20 de sopro(fetch) 50 (km)l)

200

500

1 000

Figura 1.7 Geração de onda pelo vento, estimativa das características da agitação significativa em águas profundas gerada pelo vento. 49°

47°

48°

o

46°

Angra dos Reis

Norte

44° B. Sepetiba 23°

Ubatuba

4

São Baía de Santos

34

24°

itanhaém Peruíbe

Iguape

/' 46 Cananeia

S.-Paranaguá-50 m

57 ,/ -mon,

56

'45

44

25°

26°

Figura 1.8 Subquadrados 34, 44, 45, 46, 56 e 57 do quadrado 376 de Marsden.

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.9

(A) Média anual dos parãmetros de ondas obtidos dos dados do BNDO (Brasil/Marinha/DHN) e da Nuclebras/CDTN (1982 a 1985) para o subquadrado 46 do quadrado 376 de Marsden. Região ao largo da Praia Grande (SP). (Araújo e Alfredini, 2001)

1,6

Período de registro do ondógrafo

Linha de tendência

1,4

1

A

E 1,2 o 1,0 J

CDTN

vir

v

0,8 0,6 -

Média = 1,1 m

0,4 11111

1965

1975

1970

1

19810 '

1985

1990

Ano 160

Linha de tendência

j" 150 CDTN

140 E 130 • 120 _ 110 - Media = 135,5° 1965 1111111 1970

1111

1111

1975

1980

1

1985

111

1990

Ano 8

rCDTN

7 Linha de tendência 6

o

73

5

0_

4

o

Média = 5,0 s

3

11

1965

1970

1

1980

1975

111

1985

1990

Ano

Outra fonte de dados para o estabelecimento de séries de longo período é o re-

curso a observações visuais de ondas a partir de navios hidrográficos. Nas Figs. 1.8 e 1.9(A) e Tab. 1.1 estão apresentados os dados de ondas do Banco Nacional de Dados Oceanográficos — BNDO, Marinha do Brasil, que cobrem os anos de 1965 a 1990 no subquadrado 46 do quadrado 376 de Marsden, que abrange as áreas costeiras de latitudes 24 e 25 °S e longitudes de 46 a 47 °W, correspondente ao litoral centro-sul do Estado de São Paulo. São dados de vagas e marulhos obtidos de observações visuais a partir de navios hidrográficos em águas profundas. Na Tab. 1.2 estão apresentados os dados de ondas, já irradiados para águas profundas, registrados com ondógrafo na Praia do Una em Iguape de 1982 a 1985 (Nuclebras, 1982 a 1985), que é a mais extensa série de registro de agitação da costa do Estado de São Paulo e cujos dados representativos emáguas profundas estão consolidados na Fig. 1.9(B).

5S)

Características Estatísticas das Alturas das Ondas Oceânicas

---W5g.1 44

TABELA 1.1

Dados de onda médios em água profunda calculados a partir dos dados do BNDO do subquadrado 46 do quadrado 376 de Marsden. Região ao largo da Praia Grande (SP)

Ano

Rumo (14V)

Tz (s)

Hos (m)

1982

129,6

5,4

1,19

1983

132,9

4,9

1,00

1984

128,0

5,2

1,12

1985

129,4

5,4

1,11

TABELA 1.2 Dados de onda médios em água profunda calculados a partir dos dados da Nuclebras/CDTN da Praia do Una em lguape (SP) Ano

Rumo eNV)

Tz (s)

Hos (m)

1982

132,7

8,3

1,21

1983

134,8

7,1

1,23

1984

137,9

7,2

1,10

1985

124,5

7,1

0,82

NV

Rosa anual de altura significativa

Rosa anual de período médio

5%

Acima de 2,5 m 2-2,5 m 1,5-2 m 1-1,5 m 0,5-1 m 0,25-0,5 m E3 Abaixo de 0,25 m Mel

E] Acima de 15 s me 13-15 s 11-13s 9-11 s 7-9 s 5-7 s = Abaixo de 5 s

Figura 1.9 (B) Rosa de ondas representativas de 1 ano em água profunda a partir dos dados da Nuclebras/CDTN (1982 a 1985) da Praia do Una em lguape (SP).

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

1.6 EFEITOS DE ÁGUAS RASAS 1.6.1 Empolamento e refração 1.6.1.1 Considerações gerais

O empolamento e a refração são deformações sofridas pela onda que resultam da diminuição da profundidade e da batimetria que ela encontra ao propagar-se em direção à costa. Há outras deformações que alteram os parâmetros de ondas, como a reflexão e a difração, em trechos de costa abertos, desabrigados e sem obstáculos à incidência das ondas, como no caso da Praia Grande e de Peruffle em São Paulo (ver Fig. 1.10), mas são desprezáveis. 1.6.1.2 Empoiamento

O empolamento consiste na alteração da altura da onda que decorre somente da redução da profundidade, pouco antes da arrebentação a onda atinge sua altura

Figura 1.10

Linha de costa da Ponta de Itaipu à máxima. Ilha Comprida (SP).

Italpu Praia Grande Rio Mengaguá Praia de Suarão

Rio Piaçaguera

Rio Itanhaem -Praia de Cibratel

ia de Peruibe Rio Preto Rio --- Rio Guaraú Unat'do -

O

Ponta do Una

Ponta do Grajaúna

C

(

Rio Verde

.„

Ponta da Jureia O

,ke\s"

Rio ib-ei‘ra íguape'

(50.

N`

ci\()

,

X/

-

O

\coo"

O

5

10 km

Efeitos de Águas Rasas

A Tab. 1.3 ilustra a variação do comprimento e da celeridade de uma onda de período T = 7 s para algumas profundidades segundo o cálculo da teoria linear de ondas. Pode-se notar que entre profundidades grandes há uma variação desprezável desses parâmetros e que essa variação torna-se grande quando se atingem profundidades pequenas. TABELA 1.3 Variação do comprimento e celeridade de uma onda com período de 7 segundos h (m)

L (m)

c (m/s)

h/L

100

76,50

10,93

1,31

50

76,46

10,92

0,65

38,11

76,22

10,89

0,50

20

71,98

10,28

0,28

10

59,82

8,54

0,17

5

45,65

6,52

0,11

Observa-se na Fig. 1.11 uma curva característica do empolamento sem refração de uma onda, nesse caso para uma onda de período T = 7 s e altura unitária em água profunda.

H — a ltu ra da on da (m)

A partir da profundidade de 50 m, a altura da onda decresce e atinge um mínimo de 0,92 m, pois a perda de energia por atrito com o fundo supera o efeito de concentração da energia por elevação do fundo, e a partir deste ponto volta a aumentar continuamente, porque ocorre o efeito contrário ao anteriormente citado. A profundidade de transição entre a teoria linear e a teoria solitária foi calculada em 1,86 m. A partir dessa profundidade, o empolamento passa a ser calculado pela última teoria até a arrebentação, que acontece com Hb = 1,29 m e hb = 1,66 m. Esse tipo de propagação sem o efeito da refração pode ocorrer quando a onda apresenta rumo coincidente com a ortogonal das isóbatas, e estas são paralelas entre si.

1,4 1,3

L

Figura 1.11

Empolamento de uma onda com período T = 7 s e Ho = 1 m rumando para a costa.

■

Agua NW Água profunda intermediária

Arrebenta

1,2

1 ,0 200 100 50 40 30 20 15 13 10 8 6 5 h - profundidade (m)

4

3

2

1 0,5

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Considerando a situação em que as ondas aprodmam-se de águas intermediárias e rasas com suas frentes formando ângulo com as isóbatas, as frentes tendem a se encurvar e a reduzir esse ângulo. Tal fenômeno resulta de que a celeridade reduz-se com a redução da' profundidade. Em águas profundas, não se produz refração, já que a celeridade independe da profundidade. 1.6.1.3 Refração e empolamento

As ondas refratam-se analogamente ao fenômeno da refração de outros tipos de ondas, por exemplo, das ondas sonoras e luminosas. Ao passar de um meio para outro com índice de refração diferente, ocorre uma variação na velocidade do som ou da luz, o que causa uma mudança angular em seu rumo de propagação. No caso de a onda hidráulica encontrar uma variação da profundidade que não é ortogonal ao seu sentido de propagação, a mesma frente de onda encontra profundidades diferentes, e haverá para a mesma frente celeridades diferentes. A diferença de profundidade faz com que parte da frente de onda em água mais profunda tenha uma celeridade maior do que a parte em água mais rasa, causando a tendência de a frente atingir a praia paralelamente às curvas batimétricas (ver Fig. 1.12). A esse efeito de curvatura chamamos refração. Assim, a onda refrata quando sua frente encontra isóbatas obliquas à sua frente de propagação, ou, genericamente, quando em uma mesma frente de onda encontram-se profundidades diferentes. A mudança de rumo pode ser assinalada pela curvatura das ortogonais, que são linhas imaginárias perpendiculares às cristas da onda e que se estendem no rumo em que a onda avança.

Figura 1.12 Vista planimétrica ilustrando a cor-

Ortogonais de onda --)-\

relação entre ãngulo (a) de aproximação da onda, profundidade (h) e comprimento da frente de onda (b). As ortogonais (linhas tracejadas) são normais às frentes de onda e são as trajetórias seguidas pelos pontos nas frentes de onda.

A

a,

Frentes de onda

Isóbatas

1

a2

Efeitos de Águas Rasas

Além da mudança do rumo de propagação, a refração também causa alterações na altura da onda, e nesse caso, na mesma frente de onda, encontram-se alturas diferentes. Essa mudança de altura independe do fenômeno do empolamento e é causada pelo efeito de concentração ou desconcentração de energia que pode decorrer da refração. Pode-se assumir que a energia entre duas ortogonais permanece constante e que o rumo em que a onda propaga-se é perpendicular às cristas das ondas. Assim, quando a onda refrata, a distância entre suas ortogonais varia, entretanto a energia entre elas permanece a mesma. Observa-se na Fig. 1.13, pelas ortogonais, a refração sofrida pela onda ao longo de um trecho de linha de costa irregular. A distância entre as ortogonais tornase grande na região da enseada, configurando urna região de desconcentração de energia e, consequentemente, de ondas de alturas inferiores. Observando-se o pontal nota-se o inverso, isto é, uma região de forte concentração de energia e alturas de onda maiores. Como consequência, é bem conhecido que, numa linha de costa como esta, predominam areias nas enseadas e pontais rochosos. Assim, a refração tem uma grande importância na distribuição da energia ao longo da costa. A refração das ondas de oscilação em muito se assemelha ao fenômeno que ocorre na Ótica Geométrica, em que a lei de Snell descreve o comportamento de raios luminosos propagando-se de um meio para outro com diferentes velocidades de propagação. Nas ondas de oscilação, há uma mudança gradual na celeridade em vez de uma abrupta como na Ótica, o que leva às frentes encurvadas, conforme mostrado na Fig. 1.13. Existem diversas técnicas gráficas e numéricas para a análise da refração, mas, fundamentalmente, todos os métodos são baseados na lei de Snell (ver Fig. 1.14).

Figura 1.13

(A) Refração ao longo da linha de costa. (B) Refração de onda com rumo sul em água profunda e período de 11 s na Baía de Santos. ao •icen e

Santos

k dP ,,,

Enseada

ç'\

O de

Pontal

Isóbata

Guanijá

,

1111 (3 c o -k-O e5

_..,--k-----1------'-----

costa

_ 1

N Norte

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.14 Lei de Snell aplicada à frente de onda em refração.

Profundidade superior Profundidade inferior

Lei de Snell:

c sen a c sen a sendo a o ângulo formado entre uma isóbata e a frente de onda, que também é igual ao ângulo formado entre a ortogonal da frente de onda e a normal da isóbata. O subíndice é usado para distinguir valores de parâmetros de mesmo significado. Na Fig. 1.13, as ortogonais da onda estão assinaladas também, uma vez que, embora sejam linhas virtuais, são frequentemente mais úteis do que as frentes na determinação das áreas que apresentam maior ou menor concentração de energia das ondas, isto é, menor ou maior espaçamento entre ortogonais. A mudança da celeridade e, consequentemente, do rumo das ondas (pela lei de Snell) produz a variação da altura da onda. De fato, o efeito da refração na altura da onda é calculado assumindo que a potência transmitida entre duas ortogonais adjacentes permanece constante: Pibi = P2b2 sendo b a distância entre ortogonais. Escolhendo um dos pontos de referência em águas profundas, temos:

H — Ho= K sKr 1(

H \ico 1 = H0,= —c 2n=

K=

1 tgh kh 1+

2kh senh 2kh

\lcosao cosa

Essas equações tornam possível o cálculo da refração e do empolamento que a onda sofre, a partir dos coeficientes respectivos (Kr e Ks). Na Fig. 1.15, observa-se graficamente a refração das ortogonais de uma onda de período T = 7 s e ângulo de incidência de 40° em relação à normal da linha de

Efeitos de Águas Rasas

Linha de costa

/ .40°

costa. Nota-se que os maiores desvios angulares ocorrem nas regiões de menores profundidades e que, em um caso como esse de isóbatas e linha de costa paralelas, não há diferenças de concentração de energia ao longo da linha de costa. A Tab. 1.4 apresenta o exemplo de cálculo referente à Fig. 1.16 para uma onda de período de 7 s e altura em água profunda de 2 m.

TABELA 1.4 Cálculos referentes à refração da onda apresentada na Fig. 1.16 a (°)

h (m)

I (m)

c/co

100

76,53

1,0000 1,0000

60,0 0,5000 1,0000 1,0000

2,00

2,00

1,00

19,13

76,53

1,0000 1,0000

60,0 0,5000 1,0000 1,0000

2,00

2,00

1,00

15

67,63

0,8839 0,9172

49,9

0,6724 0,8815 0,8085

1,62

1,83

1,29

10

59,74

0,7824 0,9166

42,7

0,7606 0,8245 0,7558

1,51

1,83

1,47

5

45,70

0,5966 0,9808

31,1

0,8713 0,7642 0,7495

1,50

1,96

1,71

3,82

42,86

0,5599 0,9450

29,0

1

0,7561 0,7145

1,43

1,89

1,75

3

37,98

0,4968 1,0040

25,5

1

0,7442 0,7472

1,49

2,01

1,81

2(1

31,01

0,4053 1,1110

20,5

0,7307 0,8118

1,62

2,22

1,87

Ks

n

H/Ho

H (m)1W(m)(1) bibo

(1) Altura da onda somente considerando o empolamento T = 7 s. (*) Arrebentação

O procedimento simplificado acima é válido quando for possível assumir contornos isobáticos sensivelmente paralelos. Nas Figs. 1.17 a 1.26, estão apresentados exemplos de cálculos numéricos de propagação de onda na costa do Estado de São Paulo.

é't Figura 1.15 Exemplo numérico de refração de onda.

Hidrodinâmica das Ondas do Mar Figura 1.16

Padrão de refração de onda com período de 7 s.

Figura 1.17 Irradiação de ortogonais de onda de período 7 s a partir de boia posicionada na Praia do Una (Nuclebras/CDTN, 1982 a 1985) em Iguape (SP). (Araújo, 2000)

Frente de ondas: somente mostradas alternadamente a cada duas frentes

.

7.274.800

300.700

280.700 Bola

Praia do Uno

-1-'15

e

7.254.800

I 11"4 el4411 _

4"11. 4

I. jrifilirill Plaiiik

a -25

Ç4' r Ii ‘‘" INIMUMNIP.' lika",1

-30 7.234.800

-35

111111.411111rkaillib

41111 ripplik 1M

Profundidades relativas ao nível de redução -40 da Marinha (DHN) Coordenadas UTM Darum Córrego Alegre -45

-50

63

Efeitos de Águas Rasas

2m Aoma os .02 093 0.84 8376 0.67

1.1m 1 11 IDO 0.93 O0.d4 74 047

3340 O. AtoM3 de 040

Acima de .67 m 1,54 a 67 1,41 a .54 1.28 a .41 1,15 o .28 1,02 a .15 0.90 a .02 0.77 a 0.90 0,64 a 0,77 °° 0,61 o 0.64 0,38 a 0,61 0.26 a 0.38 53 0.12 a 0.26 O a 0,12 o O Abaixo de O

g2 RRRRRiRRR RRRRRRRR URR

RRRR R 22

RRRRRRRRRRRRRR

Espaçamento de gade: 10 m

0......1111. 1 2 3 km

Compartimento Cibratel

2

Espaçcmento de godo: 10 m

Rio Itanhaém i

Figura 1.19 Refração de onda com H os = 1 m , T, = 7 s e ao = 135° NV incidindo nas praias de Itanhaém (SP). (Araújo, 2000)

Figura 1.20 Cristas de ondas obtidas pelo modelo EDS na Barra do Rio Itanhaém (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Compartimento Suarão

■

Figura 1.18 (A)Detalhe das alturas das ondas e rumos próximo à foz do Rio Itanhaém (SP) obtidas pelo software MIKE 21 NSW. H os = 1 m , T, = 7,7 s e ao = 135° NV. (B)Direções e alturas de ondas obtidas pelo software MIKE 21 NSW (Onda Sul, T = 9 s) na Baía de Santos (SP).

'4

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

São Vicente

Santos

Ilha Comprida

Guarujá

Ilha do Cardoso

-20-Norte

Figura 1.22 Refração de onda de rumo leste em água profunda e período de 11 s, para a Baía de Santos (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Figura 1.21 Cristas e ortogonais obtidas pelo programa IERAD na Barra de Cananeia (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH) T, = 9 s e rumo SE.

_

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7,7s Rumo: 135° NVIÁ,„GUA PROFUNDA 500 250 750 ~111111111:=11~

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ESCALA GRÁFICA

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Figura 1.23 Ortogonais de onda com período de 7,7 s e rumo de 135° NV em águas profundas incidindo na região costeira sob influência da foz do Rio Itanhaém (SP). Desenho sobre foto aérea de 1997 (Base). (Silva e Alfredini, 1999)

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Efeitos de Águas Rasas

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PERÍODO:

0

7,7s Rumo: 135° NV(ÁGJA PROFUNDA 250 500 750

11111111111111111==iimegli ESCALA GRÁFICA

1:1.Hleettan774.-myrigp.su

Figura 1.24

Frentes de onda com período de 7,7 s e rumo de 135° NV em águas profundas incidindo na região costeira sob influência da foz do Rio Itanhaém (SP). Desenho sobre foto aérea de 1997 (Base). (Silva e Alfredini, 1999)

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Figura 1.25 PERÍODO: 7,7 s Rumo: 135° NV(,koup, PROFUNDA 4è

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Frentes e ortogonais de onda com período de 7,7 s e rumo de 135° NV em águas profundas incidindo na região costeira sob influência da foz do Rio Itanhaém (SP). Desenho sobre foto aérea de 1997 (Base). (Silva e Alfredini, 1999)

66

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Ubatubar: /...\

Ubatuba

Norte

Caraguatatuba

Cataguatatubap

1; 1-5'•

Norte -10i

S. 'si Sebastiaorh

S. Sebastiao

I. de S. Sebastião=„ '

Figura 1.26

I. de ." S. Sebastiã

6

Saída do programa REFRONDA de ortogonais de onda incidindo na

1.6.2 Arrebentação

região costeira de Caraguatatuba (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH). T, = 10 s.

A arrebentação ocorre devido à instabilidade que a onda sofre ao encontrar profundidades rasas. À medida que a onda propaga-se sobre fundos de profundidade decrescente, o seu comprimento diminui, ao mesmo tempo em que a altura aumenta, acarretando a redução da celeridade e o aumento da velocidade orbital horizontal. A onda torna-se cada vez mais esbelta e arrebenta. O fenômeno da arrebentação das ondas é normalmente associado à desagregação da sua estrutura e ao aparecimento muito rápido de uma forte turbulência. Quando ocorre a arrebentação, a energia que a onda recebeu do vento é dissipada. Alguma energia é refletida de retorno para o mar, tanto maior quanto maior a declividade (m) da praia (quanto mais suave, menor a reflexão). A maior parcela é dissipada no escoamento turbulento liquido e sólido. Alguma energia produz o fraturamento de rochas e minerais, e ainda mais produz alteração do perfil praial. Quanto ao último aspecto, as ondulações tendem a empinar o perfil, engordando as praias, enquanto as vagas tendem a abater o perfil, erodindo-o. Esse fenômeno não pode ser traduzido pela teoria linear de ondas, e a teoria de onda solitária é que permite obter resultados analíticos sobre o fenômeno, pois considera amplitude finita da onda não-linear em profundidade reduzida, sendo a onda longa de comprimento infinito (o nível de seu cavado é o da água em repouso) e, portanto, não-periódica. Então, apresenta as características de onda de translação por promover o transporte de massa (ver Fig. 1.27). Antes de atingirem a arrebentação, as ondas podem ser representadas pela teoria linear em um bom trecho de seu percurso de propagação, conforme se verifica na Fig. 1.27. Ao atingirem regiões de menor profundidade, as ondas passam a ter outro comportamento, fugindo do padrão de movimento harmônico simples, caracterizandose por cavado longo e achatado. A altura da onda aumenta progressivamente e as cristas tornam-se curtas e agudas (ver Fig. 1.27). Assim, são necessárias outras teorias para representar tal propagação, como a teoria cnoidal e a de onda solitária — essa última explica a arrebentação das ondas.

Efeitos de Águas Rasas

Figura 1.27

Alteração do perfil da onda com a profundidade,

Teoricamente, a forma de onda da onda solitária permanece totalmente acima do nível d'água em repouso e, matematicamente, seu comprimento de onda tende ao infinito. É evidente que a mudança da forma de onda da teoria linear para a forma de onda da teoria da onda solitária não se dá bruscamente, existe uma zona de transição, que poderá ser mais ou menos extensa, quando outra teoria, por exemplo, a teoria cnoidal de ondas, estaria mais de acordo com a realidade. A condição limite da arrebentação ocorre quando o ângulo interno das tangentes à crista da onda forma 120° (ver Fig. 1.27). Esse limite de esbeltez ocorre quando a velocidade orbital horizontal da crista da onda iguala-se à celeridade da onda. Um aumento da esbeltez resultaria em uma velocidade da partícula da crista da onda superior à celeridade da onda e, consequentemente, instabilidade. A condição de velocidade limite corresponde a uma forma limite do perfil da onda solitária e da dinâmica da onda que foram estudadas pelo matemático Mc Cowan (1891, apud Castanho, 1966). Segundo Mc Cowan, a velocidade das partículas da crista iguala a velocidade de propagação da onda quando a altura da onda propagando-se como onda solitária corresponde a 0,78 da profundidade. A partir dessa situação limite, a onda arrebentará parcialmente sob a forma de arrebentação progressiva ou se deformará para arrebentar mais tarde sob a forma mergulhante:

H Ymáx

=°'"

sendo yrnáx o índice limite de arrebentação. Nas praias de declividade mais suave, normalmente há dois tipos fundamentais de arrebentação das ondas: a progressiva e a mergulhante. No primeiro, designado por arrebentação progressiva (ver Fig. 1.28), a onda empola mantendo praticamente a sua forma simétrica até que uma pequena emulsão ar-água aparece na crista ou nas suas proximidades. Esse início da arrebentação progride até cobrir em geral toda a frente da onda, mantendo-se a zona turbulenta mais ou menos junto da superfície. Enquanto se processa o fenômeno da arrebentação, a onda continua a propagar-se, mantendo em grande parte seu perfil simétrico até a linha da costa (profundidade zero). As arrebentações observadas nas praias durante uma tempestade, quando as ondas são mais esbeltas (vagas), são deste tipo.

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.28 Arrebentação progressiva na Praia dos Pescadores em itanhaém (SP).

No segundo processo de arrebentação, designado por arrebentação mergulhante ou em voluta, tem-se um processo muito mais rápido e violento de dissipação de energia (macroturbulência) (ver Fig. 1.29). Com a diminuição de profundidade, há uma forte deformação do perfil da onda: a frente da onda encurta e torna-se cada vez mais inclinada (frente côncava), enquanto o tardoz se alonga tornando-se cada vez mais suave (convexo). Em dado momento, a frente torna-se vertical e a parte superior da crista galga o corpo inferior da onda, caindo em voluta ou mergulho com considerável força, dissipando a energia em curta distância com grande turbulência. As arrebentações mergulhantes em praias de declividade suave estão usualmente associadas com as longas ondulações produzidas por tempestades distantes e caracterizam climas de ondas mais calinos. As vagas de tempestades locais raramente produzem arrebentações mergulhantes em praias de declividade suave, mas podem produzi-las em declividades mais íngremes. Existem mais dois tipos de arrebentações que ocorrem em costas de declividades mais acentuadas: a arrebentação colapsante, que se assemelha à mergulhante mas não apresenta voluta, ocorrendo o colapso da frente da onda. E nas costas mais íngremes, incluindo os costões rochosos, outro tipo de arrebentação é produzido por ondas de baixa esbeltez, em que a frente permanece relativamente íntegra à medida que as ondas deslizam praia acima, sendo a zona de arrebentação muito estreita, e frequentemente mais da metade da energia da onda é refletida de retorno para águas mais fundas.

Figura 1.29 Arrebentação mergulhante na Praia de, Saquarema (RJ).

6-9

Efeitos de Águas Rasas

O tipo de arrebentação é associado normalmente com a declividade da praia e a esbeltez da onda (ver Fig. 1.30). Praias suaves são propícias à arrebentação progressiva, enquanto as praias mais íngremes favorecem a arrebentação mergulhante. Por outro lado, ondas de maior esbeltez favorecem a arrebentação progressiva, enquanto ondas de fraca esbeltez proporcionam a arrebentação mergulhante. Em cada profundidade, a onda não pode transmitir uma quantidade de energia superior àquela que corresponde à onda limite relativa a essa profundidade. Sempre que houver essa tendência, a onda arrebenta parcialmente e perde energia, de modo que a sua altura desce para o valor correspondente à onda limite. No caso

sbe ltez da on da

Porções com espuma Onda esbelta

Figura 1.30

Espuma e bolhas

Quatro formas de arrebentação e suas relações com declividade dapraia, período da onda, comprimento, altura e esbeltez.

Arrebentação progressiva

Declividade de praia suave

o o o O o

Arrebentação mergulhante

Onda menos esbelta

lo

c E -o

de praia baixa e interm

e diária

o O

c o a) -o o c

Arrebentação colabsante

Onda de esbeltez intermediária

E a E o

me

o

de praia intermediária a íngre

o

2 a o o

da

-

a)

O o O

Onda baixa de longo período

correndo rompo acima

hda

o a)

-(3

o 0

o c E D

oec\\I\c\o de e Pra

70

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

da arrebentação progressiva, existe uma contínua diminuição de altura da onda até se anular na linha da costa, mantendo em cada profundidade as características da onda limite do índice de arrebentação máximo, o que dá um aspecto mais agitado ao mar devido ao período mais extenso de arrebentação, havendo bem pouca reflexão de quantidade de movimento de retorno para o mar. No caso da arrebentação mergulhante, por causa do maior declive da praia, a perda de energia por unidade de comprimento percorrido pela onda na arrebentação é inferior à diferença entre as energias das ondas limites no trecho, havendo uma descontinuidade, que é o macaréu (onda de choque) que atinge a linha da costa com amplitude superior a zero, produzindo importante espraiamento pelo estirâncio (que nas praias mais suaves é insignificante), com pouca reflexão de retomo para o mar. A razão pela qual as ondas arrebentam pode ser explicada por dois critérios: o da velocidade limite e o da forma limite. O primeiro critério estabelece que a arrebentação ocorre quando a velocidade orbital das partículas na crista atinge a celeridade da onda. Quando isso acontece, as partículas tendem a galgar o próprio perfil da onda, que então começará a entrar em colapso. Essa hipótese parece ser a que se verifica na arrebentação progressiva. O segundo critério estabelece que a arrebentação começa quando alguma parte da frente da onda toma-se vertical. Pelo fato de a parte superior do perfil propagar-se com velocidade maior do que a parte inferior, o perfil toma-se fortemente assimétrico. A parte superior do perfil alcança a parte mais baixa, ficando a frente praticamente vertical, após o que a onda acaba por galgar a parte inferior, projetando-se em voluta sobre a massa d'água e constituindo o processo de arrebentação mergulhante. As Figs. 1.31 e 1.32 apresentam os gráficos de Goda e Weggel que permitem classificar e prever as condições de arrebentação. Figura 1.31

3,0

Altura de arrebentação adimensionalizada em função da esbeltez em água profunda.

Arrebentação colapsante 2,5

2,0 -

Transiçao entre colapsan e e mergulhante

Hb

o 1,5—

Arrebentação mergulhante

Arrebentação progressiva

1,o

0,5

Transição entre • mergulhante e ----,1, progressiva —

0,0004 0,0006

0,001

0,002

0,004 Ho g T2

0,006

0,01

0,02

0,03

Difração

Figura 1.32

2,0

Inverso do índice de arrebentação em função da esbeltez da onda em água profunda.

1,8

Oi

1,6

id,dilldir .MI ....•/dia ■10. 11/ ■ r I!IPOWI . ., 4 II11010 00/00.0.1

1,4

E

m = O,

'

Hb

1,2

0,01 0,

1,0

101111110~1.1ffligle 1111111 :1:11111

0,8

01.°--

0,6

0,002 0,004 0,006

4

0,008 0,010

0,012 0,014 0,016 0,018 0,020

Hb

gT2

1 .7 D I F RAÇÃO A clifração é o fenômeno tridimensional oriundo do resultado de uma atenuação da agitação por causa da presença de um obstáculo, sendo responsável pela propagação das ondas nas zonas de sombra geométrica referidas ao rumo das ondas. Na difração, analogamente ao que se conhece com a propagação das ondas eletromagnéticas, a energia é transferida ao longo das frentes de ondas, transversalmente às ortogonais, com celeridade igual à da onda. Quando uma onda passa do extremo de um obstáculo, como mostrado na Fig. 1.33, esse extremo pode ser considerado como uma fonte de geração de ondas que se propagam progressiva e radialmente na zona de sombra no tardoz do obstáculo, com mesmos período e fase da onda incidente. A altura da onda decresce à medida que se procede ao longo dos arcos das frentes de ondas na zona de sombra. Seguindo essa simplificada explicação física, a Fig. 1.33(A) apresenta o processo simplificado de Iribarren para o cálculo da difração. Nesse processo, desprezam-se os efeitos de refração na zona de sombra e as reflexões nas faces externa e interna do obstáculo. Na Fig. 1.33(B), apresenta-se cálculo numérico com o modelo EDS para o projetado molhe do Porto de Praia Mole (ES). Os gráficos nas Figs. 1.34 a 1.45 apresentam os gráficos de Wiegel da variação do coeficiente de difração (HIHi) em torno da extremidade de obstáculo semi-infinito.

7,2 k

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Limite de alimentação (início da redução de amplitude)

H/Hi = cos[nd/(4a + L)] M3

L/4 4-- —I>

*-1 ,,L/4

H H incidente

Sendo (H/H;): coeficiente de difração H;: altura da onda incidente d: distância do ponto até a linha limite de alimentação (medida ao longo da frente de onda) a: distância da frente de onda do Ponto B

Variação de} altura

Propagação das ondas -+

O Limite de alimentação

M /R45° B,/

Comprimento ao longo da frente de onda Limite de agitação

Limite de expansão (início do

300

B3encurvamento)

B1

1'

57° 3'

Zona de sombra geométrica

Quebramar

E 250

o

Retroporto\ Canal de acesso

P 200

Altura (m)

2

4,0

O)

Limite de agitaçã _____ L/4 B

3,5 3,0 2,5

Zona totalmente abrigada (sombra real)

g 100

2,0

a

1,5

dj 50

1,0 0,5 0,0

150 200 50 100 Espaçamento de grade: 10 m

Figura 1.33 (A)Método simplificado de Iribarren (1941) para cálculo de difração. (B)Alturas das ondas relativas obtidas pelo modelo EDS (Hiniciai = 1,58 m; T = 12 s) no Porto de Praia Mole (ES).

105°

90°

250

75°

135°

150°

15°

165°

180°

Figura 1.34 Difração de onda com ataque de 15°.

10 9 8 7 6 5 4 Raio/comprimento da onda Direção de ataque da onda

3

0° \4 Obstáculo impermeável, rígido semi-infinito \t• Frentes da onda

Difração 90°

105° 120°

Figura 1.35 Difração de onda com ataque de 30°.

75° 60°

, .......... ................

135°

45°

1,10

.............

.......

73

K' =1,125

1 .......... ...........

T

150°

105 ;„

3

o

I

.. ... . . ... .. ....... .1

..... 1--.,

165°

1

15°

1

I t K' = 1,00

180°

10 9 8 7 6 5 4 Raio/comprimento da onda Direção de ataque da onda

j 0° Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito Frentes da onda

3

\4\4 105°

90°

Figura 1.36 Difração de onda com ataque de 45°.

75°

120°

60° 4-K. =1,13

135°

45°

150°

,30°

165°

-15°

o

180°

10 9 8 7 6 5 4 3 Raio/comprimento da onda Direção de ataque da onda'

2

105°

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito i \ Frentes da onda 90°

7

Figura 1.37 Difração de onda com ataque de 60°.

o K' =1,14

120°

60° o

135°

150°

30°

165°-

180°

15°

0,10

10 9 8 7 6 5 4 Raio/comprimento da onda

3

2

Direção de ataque da onda

...........

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito \ Frentes da onda

o

Hidrodinâmica das Ondas do Mar Figura 1.38 Difração de onda com ataque de 75°.

90° „e...K..1,14 750

105° 120°

6

0

0

135°

150°

30°

165°

-15°

180° 10

9 8 7

6 5

4 3

2

;;;;

Raio/comprimento da onda

O°

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito 4--

Frentes da onda

Direção de ataque da onda --I. ta

Figura 1.39 Difração de onda com ataque de 90°. 4

135°

150°

30°

el 50

165° ;

180°

;

K'=: 1,00E-4 10 9 8 7 6 5

0,07

4 3

Raio/comprimento da onda Direção de ataque da onda Figura 1.40 Difração de onda com ataque de 105°.

O°

/I

Obstaculo impermeável, rígido e semi-infinito

2

Frentes da onda

105° 120°

90°

75° 6

0

K' =1,14—*

45°

135°

150°

,30°

165°

180°10

15°

9 8 7

6 5

Raio/comprimento da

4 3

2

Direção de ataque da onda 2--•

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito Frentes da onda

O°

Difração

90°

105°

Figura 1.41 Difração de onda com ataque de 120°.

75° 6 n) o

o

o

0,6

45°

150°

30° .........

165°

15° 0,06

1 0°

K' =1,00

180°

10 9 8 7 6 57437

;••

Raio/comprimento da onda"-

Obstaculo impermeável, rígido e semi-infinito

.---Direção de ataque da onda

Frentes da onda 90°

180°

10 9 8 7

6 5

Raio/comprimento da onda

4 3

2

Figura 1.42 Difração de onda com ataque de 135°.

75°

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito

O°

Direção de ataque da onda Frentes da onda 90°

105° 120°

Figura 1.43 Difração de onda com ataque de 150°.

75° 6

o

K' = 1,14 —o.

135°

0,11

150°

•

•

0.06 _s/ .........

45°

O

•

O

30° 0,05

165°

15°

K' = 1,10

1

K' = 1,00-4

180° 10 9 8 7 6 5 4 Raio/comprimento da onda

3 2 1

Frentes da onda

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito

0°

Direção de ataque da onda

76'

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Figura 1.44 Difração de onda com ataque de 165°.

90°

105°

75°

120°

6

o

135°

4

o

150°

,30°

165°

-15°

180° 10

9 8 7

6 5

4 3

0° Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito \ Direção de ataque da onda

2

Raio/comprimento da onda /

Frentes da onda Figura 1.45

105°

Difração de onda com ataque de 180°.

90°

75° 6

120° 135°

o

4

150° .

o

30°

165°

-15°

180° 10 9 8 7 6 5 4 Raio/comprimento da onda

3

2

Obstáculo impermeável, rígido e semi-infinito

0°

Frentes da onda

1.8 REFLEXÃO As ondas de oscilação, ao incidirem em obstáculos, estão sujeitas ao fenômeno da reflexão, produzindo-se ondas estacionárias puras ou parciais, também conhecidas como seiches ou clapotis. A onda estacionária pode ser considerada a soma de duas ondas progressivas propagando-se em rumos opostos. As Figs. 1.46 e 1.47 apresentam o perfil vertical esquemático desse fenômeno. Nas posições em que o nível d'água é constante (nós), ocorre o máximo deslocamento oscilatório horizontal de vaivém de água, enquanto nas posições em que a flutuação do nível d'água é máxima (ventres ou antinós), o deslocamento oscilatório horizontal é desprezável. Nas fotografias apresentadas na Fig. 1.47 pode-se observar como uma margem íngreme de um paredão de praia induz a reflexão da onda, com intensificação das velocidades orbitais, majorando o efeito erosivo sobre os sedimentos de praia.

Reflexão Figura 1.46 Onda estacionária (clapotis) formada pela reflexão perfeita de uma barreira vertical, segundo a teoria linear.

Comprimento T 3T 5T Perfil quando t = — — — 4' 4' 4' Perfil quando t = " T 3T 5T Perfil quando t = ), T, 2T

2'

,)

Antinó

o

Antinó ou -L - — ventre

ventre nível d'água' em repouso

. - 21 ---_,37E ' ` , 2 1 ,._

Antino' ou ventre X-*

2n

IC

2

1==

nó

%

ou

..

Movimento das p Ntículas de água

2nx 27Et ii = H,cos(- )cos ( — ) L T

Barreira em x = Sem escoament através da barreir

Sem escoamento através desta linha ---' Fundo

//7"

Antinó (ventre)

nó

Antinó (ventre) Máximo deslocamento vertical e mínimo movimento lateral

Máximo movimento lateral e mínimo deslocamento vertical

Comprimento da bacia I Metade do comprimento de onda do seiche: 1/2 L Antinó (ventre) Nó na embocadura da bacia

Comprimento de onda L

"" •••

Comprimento da bacia

Figura 1.47 (A) Onda estacionária simples. (B)Um quarto de comprimento de onda estacionária num pequeno porto. (C) Ação de ressaca na Praia de São Vicente (SP) em julho de 1976, observando-se o efeito da reflexão das ondas junto ao muro da avenida beira-mar. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH) (D)Ação de ressaca na Ponta da Praia, Santos (SP), em 26 de abril de 2005 (ondas de até 4 m).

78

Hidrodinâmica das Ondas do Mar

Em águas rasas, situação comum em muitas baías e estuários, considerando o comprimento da bacia, tem-se:

T-

(para onda inteira na bacia)

gh Assim, o período do seiche é determinado pelo comprimento da bacia e pela profundidade da lâmina d'água. O período T também é conhecido como período de ressonância. Para a onda estacionária se desenvolver, o período de ressonância da bacia deve ser igual ao, ou um múltiplo inteiro (harmônicos) do, período da onda. Desse modo, podem-se criar fenômenos ressonantes em bacias costeiras para determinadas frequências de ondas incidentes, o que é particularmente importante de ser verificado em áreas portuárias quanto às condições de atracação.

1.9 CORRENTES LONGITUDINAIS PRODUZIDAS PELA ARREBENTAÇÃO 1.9.1 Considerações gerais As ondas que se aproximam da costa transportam quantidade de movimento associado, cuja componente paralela à costa produz as correntes longitudinais [ver Fig. 1.48(A)], que são de grande importância para o transporte de sedimentos na zona de arrebentação. As correntes longitudinais produzidas pela arrebentação da onda desenvolvem-se paralelamente à linha de costa e as suas medições mostram que a onda é sensivelmente confinada à zona de arrebentação e que uma substancial variação na velocidade pode existir ao longo da onda. Apresentam tipicamente valores em torno de 30 cnVs, não sendo usuais valores acima de 90 cm/s, e velocidades mais altas já são também induzidas pela ação direta do vento. Embora sejam correntes de baixa velocidade, são importantes para o transporte litorâneo do conjunto de sedimentos mobilizados pela arrebentação das ondas devido ao seu prolongado período de atuação. Existe um grande número de expressões que tentam descrever, de forma empírica ou teórica, a velocidade das correntes longitudinais. As primeiras foram estabelecidas por meio de ajustes de dados de campo e laboratório, com o intuito de quantificar sem esclarecer o mecanismo físico, enquanto outras surgiram de uma análise mais aprofundada da descrição física do fenômeno. Há uma concordância geral de que essas correntes dependem, entre outros fatores, do ângulo de aproximação das ondas com a costa, da altura da onda na arrebentação e da declividade da praia, conforme apresentado na equação sugerida em U. S. Army (1984) para a velocidade máxima após arrebentação: Vm = 41,4mVgHb sen ab cosab (unida S.I.) Na Fig. 1.48(B) estão apresentadas trajetórias de derivadores na foz do Rio Itanhaém (SP). Este mapeamento evidencia o campo de correntes litorâneas induzidas por arrebentação das ondas, marés, vento e fluviais.

79

Correntes Longitudinais Produzidas pela Arrebentação

Perfil planimétrico da corrente longitudinal

Linha de costa Limite do espraiamento p•Corrente em "dente de serrá"

Rvel médio do ma ....

-

Figura 1.48 (A) Corrente longitudinal criada em ataque oblíquo da onda. (B)Trajetórias de derivadores delineando as correntes litorâneas (m/s) junto à foz do Rio ltanhaém (SP). Desenho sobre foto aérea (Base). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Linha de arrebentgçaon-D__

Corrente longitudinal Frente

•

•

>Enchente (5 e 6/12/2002) -Vazante (5 e 6/12/2002) >Enchente (1 e 2/04/2003) >Vazante (1 e 2/04/2003) Velocidades em m/s Trajetória de derivadores

MARÉS E CORRENTES

2.1 DINÂMICA DA MARÉ ESTUARINA 2.1.1 Considerações gerais sobre a maré astronômica •

Características principais

As características principais da maré astronômica podem ser sintetizadas pela sua periódica e previsível, usualmente, regular oscilação do nível d'água, de variável magnitude em altura e com período usual mais comum de 12, 42 h (semidiurna), correspondendo, portanto, a uma onda de longo período. A subida e a descida do nível do mar, respectivamente denominadas de enchente e vazante, estão associadas com correntes de maré com estofas de defasagem variável com a preamar e baixa-mar, dependendo das condições locais. A causa primária da maré é a complexa variação da atração gravitacional da Lua e do Sol sobre as massas liquidas, por causa da contínua mudança da posição relativa dos astros, balanceada pela centrífuga dos sistemas Terra-Lua e Terra-Sol. A terminologia geral associada à onda de maré — na Fig. 2.1(A) está esquematizada uma composição de onda de maré para o Porto de Santos (SP) — é apresentada a seguir: • = f(x, t): a variação do nível d'água apresenta forma próxima de uma senóide ou composição harmônica de curvas senoidais do tipo = no cos(kx – at); • no: amplitude da maré, sendo o desnível entre preamar e baixa-mar a altura da onda de maré; na prática corrente no Brasil, dá-se o nome de amplitude à altura da maré; • c: celeridade ou velocidade de fase da onda de maré; • T: período da onda de maré; • À: comprimento da onda de maré; • k = 27r/À: número de onda; • = 27r/T: frequência angular.

8,2

Marés e Correntes

/A\

—LrU

Nível do mar (referido ao zero hidrográfico CDS) (m)

Preamar

o

Preamar

o o

M2 /

-,,a)

/

C'

o -c o

c 44

/

I ,,,

...1 ...................

i...

%

%

i / S2 ...

II,, ek tf

.0,-...„,

'O

% *,,,,,

01 \ N .-

clz, % z5

• .,4-, %o .• ,I

N2 \ • ,.- .. m............ .•

4 \

0,50

Componentes M2 —Semidiuma lunar K2 — Lunissolar semidiuma N2 — Lunar elíptica S2 —Semidiuma solar Kl — Lunissolar diuma 01 — Lunar diurna SM4— Cbmposta

0,00

—ri

O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 horas

12h'25min) 11h:58 min) 12h,39 min) 12h) 23h,56 min) 25h,49 min) 6h 05 min)

12

-_

Local: Santos Latitude: 23° 56' S Longitude: 46° 19' W Data: 14/01/1993

-

:2,00

_ --

:-

•

Período

Baixa-mar

24 t(horas)

18

I I

O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 hora

Local: Santos Latitude: 23° 56' S Longitude: 46° 19' W Data: 13/02/1993

2,00

1,50 C o

-1,50C o

t Preamares e baixa-mares h min cotas (m) 1,00 s

t Preamares e baixa-mares cotas (m) h min -1 '00 s (m) O 8 0,35 (DHN) 3 56 0,81 41 0,75 7 0,50 0,87 10 41 0,51 13 41 0,59 17 56 -0,00 0,75 22 O

a

(m)

O 41

(DHN) 5 1 .1

0,35 0,81

7 23 10 O 13 4 17 19

0,75 0,87 0,57 0,98

-0,50

-0,00

a

Figura 2.1

(A)Maregrama previsto para o dia 20 de maio de 1947 no marégrafo de Torre Grande, Porto de Santos (SP). Está assinalada a composição harmônica das 7 principais componentes harmônicas da maré. (B)Previsão da maré para o Porto de Santos (SP) nos dias 14/01 e 13/02/1993 com o programa desenvolvido por Franco (1988).

83

Dinâmica da Maré Estuarina

•

Forças geradoras da maré

Considerando inicialmente o sistema Terra-Lua, que apresenta urna revolução de 27,3 dias em torno do centro de massa comum, cada ponto na Terra apresenta a mesma velocidade angular (27r/27,3 dias -1) e a mesma dimensão de raio orbital. Nessas condições, a aceleração centrífuga (produto do raio orbital pela velocidade angular ao quadrado) e a correspondente força associada é igual em cada ponto da Terra. Esse movimento não deve ser confundido com o de rotação da Terra em torno de seu próprio eixo. A força centrífuga do sistema Terra-Lua equilibra exatamente as forças de atração gravitacional entre os dois corpos, de modo que o sistema como um todo mantém-se em equilibrio. As forças centrífugas são de direção paralela à linha de união dos dois centros de massa (da Terra e da Lua) (ver Fig. 2,2). Já a magnitude da força gravitacional exercida pela Lua sobre a Terra não é a mesma em todos os pontos da superfície da Terra porque nem todos os pontos estão à mesma distância da Lua. Assim, pontos na Terra mais próximos da Lua experimentarão uma maior atração gravitacional lunar do que pontos do lado oposto da Terra. Além disso, a direção da atração gravitacional da Lua em todos os pontos estará voltada diretamente ao centro da Lua e, portanto, exceto na linha de união dos centros da Terra Figura 2.2

3

Derivação das forças geradoras da maré (sem escala). A força centrífuga tem exatamente a mesma magnitude e direção em todos os pontos, enquanto a força gravitacional exercida pela Lua(Sol) na Terra varia tanto em magnitude (inversamente com o quadrado da distância à Lua, Sol) quanto em direção (dirigida para o centro da Lua, Sol, com os ângulos exagerados para maior clareza). A força geradora da maré em qualquer ponto é a resultante das forças gravitacional e centrífuga neste ponto, e varia inversamente com o cubo da distância à Lua(Sol), Para a Lua (Sol)

•

Força

centrífuga

Força gravitacional devida à Lua (Sol) Eliellek. Força geradora da

maré

84

Marés e Correntes

e da Lua, não estará exatamente paralela à direção das forças centrífugas. A resultante da composição das duas forças é conhecida como força geradora da maré, e, dependendo de sua posição na superfície da Terra com relação à Lua, pode estar dirigida para o interior, paralelamente, ou para fora da superfície da Terra. As forças relativas e os rumos são mostrados na Fig. 2.2. A força gravitacional Fg entre dois corpos é dada por: F

_ GM1 M 2

g

R2

em que Mi e M2 são as massas dos dois corpos, R é a distância entre seus centros, e G é a constante universal de gravitação (6,672 * 10- 11 Nm2Kg-2). A força centrífuga (F,) é dada por: F

M•V

2

r

sendo constante na superfície da Terra, pois r refere-se à distância entre o centro da Terra e o centro de massa Terra-Lua. As forças que devem ser consideradas significativas para efeitos da propagação da maré são as componentes horizontais das forças geradoras, denominadas de forças trativas, uma vez que são elas que produzem o movimento das águas. Na Fig. 2.3 mostra-se como as forças trativas induzirão a um movimento das águas rumo aos pontos 1 e 5 indicados nessa figura, quando a Lua (Sol) está diretamente sobre o Equador. Como a Lua efetua uma revolução sideral em torno do centro de massa TerraLua uma vez a cada 27,3 dias, no mesmo rumo em que a Terra gira em torno de seu eixo (uma vez a cada 24 horas), o período de rotação da Terra com relação à Lua é de 24 horas e 50 minutos (dia lunar). Assim, explica-se, por exemplo, a defasagem do horário da preamar em dias sucessivos (ver Fig. 2.4), pois a Lua avança 13° diariamente para leste no seu movimento em torno da Terra. A órbita da Lua não está no mesmo plano do Equador da Terra (ver Fig. 2.5). Assim, quando a Lua está na máxima declinação (28°), o seu efeito diferencial numa dada latitude terá desigualdades máximas, particularmente nas médias latitudes, gerando desigualdades diurnas que serão máximas em torno dos Trópicos (marés tropicais); enquanto para declinação nula (Lua verticalmente sobre o Equador) não há desigualdades diurnas (marés equatoriais). Além disso, a órbita lunar em torno do centro de massa Terra-Lua não é circular, mas elíptica, com a consequente variação da distância Terra-Lua resultando em correspondentes variações nas forças geradoras da maré; no perigeu, há um incremento de 20%, e no apogeu, uma redução de 20% com relação ao valor médio. O Sol também tem participação como agente gerador da maré, seguindo-se descrição análoga ao efeito da Lua com correspondentes forças trativas. A magnitude das forças geradoras da maré, entretanto, é cerca de 46% das correspondentes lunares, pois o Sol está 360 vezes mais afastado da Terra do que a Lua. A maré solar tem período semidiurno de 12 h. O Sol avança menos de 1° diariamente no seu movimento aparente em torno da Terra. Assim como as alturas relativas das duas marés lunares semidiurnas são influenciadas pela declinaçã9 lunar, limpém há de-

85'

Dinâmica da Maré Estuarina Figura 2.3

A magnitude relativa das forças trativas em vários pontos da superfície da Terra. Assume-se que a Lua (Sol) esteja diretamente sobre o Equador, isto é, com declinação nula.

Polo Sul sigualdades diurnas nas componentes de marés induzidas pelo Sol em virtude da declinação solar. A declinação solar varia ao longo de um ciclo anual, atingindo 23° de cada lado do plano equatorial. Também como no caso da Lua, a órbita da Terra em tomo do Sol é eliptica, havendo um periélio e um afélio, entretanto a diferença de distância é bem menor do que a do perigeu e apogeu (4% para o Sol e 13% para a Lua). Considerando o caso mais simples de declinações nulas do Sol e da Lua, a Fig. 2.6 mostra a interação entre as marés lunar e solar observada de um ponto acima do Polo Norte. A rotação da Terra está indicada e as marés estão mostradas esquematicamente. O ciclo completo dos eventos é de 29,5 dias, período denominado de lunação, mês lunar, ou revolução sinódica, findo o qual Lua e Sol acham-se na mesma posição com relação à Terra. Nas Figs. 2.6(A) e (C) as forças geradoras das Lua

Figura 2.4

Lua

Lua passando sobre A

IA 7/ 'H Polo Norte

o

t = 24 h

A

Lua

A relação entre um dia solar de 24 h e um dia lunar de 24 h e 50 min, visualizado estando-se no Polo Norte da Terra. O ponto A na superfície da Terra, a partir do instante em que a Lua está passando diretamente sobre ele, retorna à sua posição inicial após 24 h. Neste tempo, a Lua move-se em sua órbita, de modo que o ponto A deve rodar adicionalmente (outros 50 min) para estar novamente diretamente sob a Lua.

86

Marés e Correntes

Figura 2.5

Ilustração da produção de marés desiguais (marés tropicais) em latitudes médias por causa da declinação da Lua (Sol). Um observador em B experimentará uma maior maré do que um observador em A; 12 h e 25 min depois as suas posições estarão invertidas, isto é, cada observador notará uma desigualdade diurna.

Eixo da Terra Menor

Preamar

Maior Preamar

- Para a Lua (Sol)

Declinação da Lua (Sol)

Bulbo de maré (exagerado)

marés da Lua e do Sol atuam no mesmo rumo, produzindo as maiores amplitudes da maré, com as maiores preamares e menores baixa-mares. Estas marés são conhecidas como marés de águas vivas, estando a Lua e o Sol ou em conjunção (Lua Nova) ou em oposição (Lua Cheia), e ambas as situações são denominadas de sizígia. Nas Figs. 2.6(B) e (D), as forças geradoras das marés da Lua e do Sol atuam em ângulo reto uma em relação à outra, estando as marés lunar e solar defasadas. Assim, as amplitudes de maré são as menores, sendo conhecidas como marés de águas mortas, e ambas as situações são denominadas de quadratura. A variação regular na declinação do Sol e da Lua e suas cíclicas variações de posição com referência à Terra produzem muitos constituintes harmônicos, cada um contribuindo com a maré com sua amplitude, período e fase. Uma condição interessante, mas muito rara, é a maior maré astronômica, isto é, aquela que produz a máxima força de elevação, com a Terra no periélio, a Lua no perigeu, a Lua e o Sol em conjunção e ambos com declinação nula. Essa descrição do fenômeno das marés foi desenvolvida por Newton no século XVII e é uma primeira abordagem desse complexo fenômeno, conhecido como maré de equilíbrio. Outras teorias mais complexas foram formuladas nos séculos seguintes e ainda continua a pesquisa na Oceanografia Física. A teoria dinâmica das marés, por exemplo, considera a influência das profundidades e configurações das bacias oceânicas, força de Coriolis, inércia, ressonância e forças de atrito nas forças rítmicas das marés. Com essas considerações, pode-se explicar o desenvolvimento dos chamados sistemas anfidrômicos, em que a crista da onda de maré (preamar) circula em torno do ponto anfidrômico uma vez durante cada período de maré (ver Fig. 2.7). A amplitude de maré é nula em cada ponto anfidrômico e aumenta afastando-se dele. Em cada sistema anfidrômico, podem ser definidas as linhas cotidais, que ligam todos os pontos com mesma fase no ciclo de maré. Assim, as linhas cotidais irradiam-se para fora do ponto anfidrômico. Ortogonalmente às linhas cotidais, têm-se as linhas de igual amplitude, que são concêntricas em relação ao ponto anfidrômico com amplitudes crescentes afastando-se dele. Na Fig. 2.7 estão apresentados os sistemas anfidrômicos para a componente harmônica dominante, que é a semidiurna lunar.

Dinàmica da Maré Estuarina

4\ Sizigia de Lua Nova

Terra Maré solar Maré lunar Sol

-0 Quadratura de -2) Quarto Crescente

IDLua

Maré Lunar

Maré Solar

Sol

Sizigia de Lua Cheia Sol

IDLua

rn) Quadratura de

Quarto Minguante

Sol

()LUCI

87 Figura 2.6 Representação esquemática da interação das marés solares e lunares, corno vistas a partir de um observador no Polo Norte da Terra. (A) Lua Nova. Lua ern sizigia (Sol e Lua em conjunção), Se houver a coincidência de plano dos três astros, ocorre o eclipse solar, Maré de águas vivas. (B)Quarto Crescente, Lua em quadratura. Maré de águas mortas. (C) Lua Cheia. Lua em sizigia (Sol e Lua em oposição). Se houver a coincidência do plano dos três astros, ocorre o eclipse lunar. Maré de águas vivas. (D)Quarto Minguante, Lua em quadratura, Maré de águas mortas.

UU

Marés e Correntes

Figura 2.7

Esquema fundamentado em cálculo computacional dos sistemas de pontos anfidrômicos no entorno da América do Sul para a componente de maré dominante (semidiurna lunar). As linhas cotidais estão em tracejado, e as linhas de mesma amplitude, em linha cheia. As linhas cotidais indicam o tempo da preamar em horas lunares, isto é, 1/24 de um dia lunar de 24,8 h (aproximadamente 1 h e 2 min), após a passagem da Lua pelo Meridiano de Greenwich.

4

90° W\

30° W

2.1.2 Considerações gerais sobre a maré meteorológica As condições meteorológicas podem alterar consideravelmente a altura e o horário de uma determinada maré. O vento pode represar a maré, ou reduzi-la, e as pressões atmosféricas também podem sobrelevar o nível (pressão baixa) ou rebaixálo (pressão alta). O efeito combinado de ventos com baixas pressões corresponde às marés meteorológicas positivas, que constituem ameaça de inundação para as áreas costeiras mais baixas. O efeito oposto é conhecido como maré meteorológica negativa, sendo problemático em águas rasas para a navegação. Na Fig. 2.8 é apresentada a informação sobre o nível da Lagoa dos Patos (RS) entre 1953 e 1961, cujas variações na região mais próxima a Rio Grande são quase exclusivamente devidas às variações meteorológicas. Os ventos de NE e SE provocam abaixamento do nível na margem E e intumescimento da água na margem W. Inversamente, os ventos de NW a SW acarretam abaixamento do nível junto à margem W e intumescimento junto à margem E. Além desses efeitos, que são de caráter imediato, os ventos de SW violentos e de longa duração que geralmente acompanham as frentes frias no inverno provocam represamento na Barra do Rio Grande fazendo subir o nível em toda a Lagoa dos Patos. Este fenômeno pode ocorrer mesmo alguns dias antes de cair o vento SW no Rio Grande. Os ventos NE de longa duração (3 a 5 dias), que geralmente sopram na primavera e no início do verão, acarretam escoamento na Lagoa dos Patos. As costas sul e leste do Brasil, até o sul da Bailia, estão sujeitas aos efeitos meteorológicos em intensidade decrescente, em função da penetração de frentes frias

c52,9

Dinâmica da Maré Estuarina ______ Alturas sobre o nível de redução Local Média das alturas máximas

Média das alturas mínimas

Máxima observada

51 cm

Zero

146 cm

Ponta da Feitoria

Mínima observada

Nível médio

-44 cm

24 cm

Variação anual de nível 1,5

\,1,b.Arna observada

1,0

,

• ---........,..........

O',- 0,5

' d\

lu-

N;vel rn édio ,

In im a s

Nível reddueçãc

--.. . .________________ ----,,...„......

.

1\A . éd\

,......

° das; obse rvado \,..1.-.\•

- Zero hidrográfico do porto-

-0,5

Jan.

Fev.

Mar.

Abr.

Maio

Jun.

Jul.

Ago.

Set.

pelo avanço do Anticiclone Polar Atlântico sobre o Anticiclone Tropical Atlântico. Na Baia e Estuário de Santos (SP), esses efeitos, popularmente conhecidos como ressacas, podem sobrelevar o nível médio do mar previsto astronomicamente de mais de 0,5 m, chegando a quase 1 m nas áreas mais confinadas e rasas dos estuários, produzindo rebaixamentos de ordem de grandeza ligeiramente menores.

2.1.3 Descrição matemática das marés astronômicas •

Considerações gerais

As descrições matemáticas das marés astronômicas são esquematizações analiticas da onda de maré real. A seguir são apresentadas duas das mais simples e relevantes descrições matemáticas para estuários, que são a onda progressiva longa e a onda estacionária longa. Ao largo das grandes bacias oceânicas, são as correntes de maré que constituem a origem da maré. A componente horizontal da atração astronômica gera movimentos oscilatórios progressivos com velocidades não-negligenciáveis.

Out.

Nov.

Dez.

Figura 2.8 Informação sobre o nível da Lagoa dos Patos na Ponta da Feitoria entre 1953 e 1961.

90

Marés e Correntes

•

Onda progressiva longa

Esse tipo de onda tem ocorrência típica em mar aberto e na plataforma continental, não sendo muito comum em estuários fluviais. Assim, tem-se o seguinte equacionamento em áreas costeiras confinadas. As hipóteses consideradas nessa dedução são: • • •

• • • •

onda linear (n/À « 1); não há influência da rotação de Coriolis; as velocidades u são relevantes somente na direção principal de desenvolvimento da conformação costeira (escoamento dominantemente unidirecional); condição barotrópica (p pc,) no tempo e no espaço; condição sem atrito; geometria uniforme com h constante. aporte fluvial desprezável de vazão líquida.

Nessas condições, as soluções são: cos(kx — ot) u = (no/c)cos (kx — crt) ti

=

c (9h) 112

Assim, em ondas progressivas puras, as correntes e os níveis d'água estão em fase, isto é, a corrente de enchente inicia em meia-maré ascendente, atingindo o máximo na preamar, enquanto a de vazante atinge o máximo na baixa-mar, ocorrendo as estofas de corrente nas meias-marés. •

Onda estacionária longa

Nesse tipo de descrição analítica da onda de maré, assumem-se as mesmas equações e premissas do item anterior, mas se admite a reflexão total da onda progressiva na extremidade interior do estuário (x = 0). Essa esquematização traduz um comportamento relativo entre 77 e u muito comum em estuários menores. No ponto de reflexão interno, a velocidade horizontal é nula, produzindo-se as seguintes soluções:

=

cos(kx) cos(ut) u = (g no/c) sen(kx) sen(ut) c = (gh) 1/2 Assim, no caso de ondas estacionárias puras, as correntes e os níveis d'água estão em quadratura de fase, isto é, a corrente de enchente inicia na baixa-mar, atingindo o máximo na meia-maré ascendente, enquanto a vazante atinge o máximo na meia-maré descendente, ocorrendo as estofas de corrente em preamar e baixa-mar. Pelas expressões anteriores, pode-se ter uma aproximação com precisão de ± 20% quanto à máxima corrente estuarina a partir da expressão (gno/c), agregandose a contribuição fluvial de (R/S), sendo R a vazão fluvial e S = Wh a área da seção transversal, como positiva para a vazante e negativa para a enchente.

Dinâmica da Maré Estuarina

2.1.4 A maré astronômica real em estuários A maré astronômica real em estuários não é coincidente com os modelos analiticos apresentados por uma série de fatores, como a seguir comentado. Usualmente, é aceitável desprezar o efeito de Coriolis em sistemas estuarinos com pequenos canais, sendo desprezável em absoluto para pequenas latitudes. O efeito de atrito com o fundo deve ser considerado. Os efeitos de não-linearidade são quase sempre importantes para alturas de maré superiores a 1 m, passando a ser notada uma assimetria principalmente no comportamento das velocidades, mantendo-se a variação de nível aproximadamente senoidat

2.1.5 Modificações dinâmicas da maré astronômica em estuários Na plataforma continental e área costeira adjacente, a maré oceânica sofre sensíveis deformações com relação às suas características de alto-mar: • •

refração, reflexão e difração; efeitos de pequenos fundos, isto é, em profundidades da ordem de grandeza das amplitudes da maré: o redução de celeridade, produzindo aumento da amplitude (empolamento); o atrito crescente com o fundo, produzindo redução da amplitude.

Em linhas de costa convergentes, como mares confinados e embocaduras estuarinas, ocorre amplificação da amplitude por: • •

maior concentração de energia por unidade de largura; ressonância por reflexão da onda de maré.

A propagação da maré no interior de estuários está sujeita a um ou outro dos seguintes efeitos dominantes: •

•

efeito morfológico de confmamento lateral e redução de profundidades, acarretando: o concentração de energia, gerando grandes amplitudes e correntes associadas; o explicam-se as grandes marés na Baía de São Marcos (MA), em cujo canal de acesso externo a amplitude é de 4,2 m, e em Itaqui, a 60 milhas náuticas da entrada do canal, pode atingir 7 m; atrito: produz dissipação de energia da onda de maré com redução de amplitude.

A velocidade de propagação da maré em estuários depende da profundidade da lâmina d'água, e, portanto, a crista da onda longa da maré, que é a preamar, desloca-se mais rapidamente do que o seu cavado, a baixa-mar. Esse fenômeno guarda semelhança com a deformação da forma de onda de oscilação ao se aproximar da arrebentação. Como resultado, há uma assimetria no ciclo de maré, com um intervalo relativamente longo entre a preamar e a sucessiva baixa-mar, e um

.9t

9,2

Marés e Correntes

intervalo mais curto entre a baixa-mar e a sucessiva preamar. As máximas velocidades das correntes de maré associadas com as marés estuarinas normalmente não estão em fase com as preamares e baixa-mares. Portanto, na embocadura estuarina, a máxima velocidade da Maré enchente pode coincidir com a preamar, enquanto rio acima a preamar pode vir a ocorrer em concomitância com a estofa. Entretanto, invariavelmente a corrente de vazante persiste por tempo mais longo do que a de enchente, em parte como resultado da assimetria do ciclo de maré referida, e em parte porque a vazão fluvial resulta numa vazão residual rumo ao mar.

2.1.6 Efeitos das larguras e profundidades nas massas estuarinas À medida que a maré se propaga em corpos d'água estuarinos, a mudança da profundidade da lâmina d'água e da largura estuarina (efeito de afunilamento) modifica a maré segundo uma abordagem simplificada que admite: • • • •

Atrito desprezável. Desprezáveis efeitos não-lineares. Desprezável efeito de Coriolis. Inexistência de reflexões da energia ondulatória, isto é, gradual mudança na largura e profundidade.

Define-se E = f(ynb: energia da onda de maré por área horizontal, sendo y. peso especifico da água, e cg: velocidade de propagação da energia de ondas longas em águas rasas, que corresponde a (gh) 1/2 . Entre as hipóteses acima, o fluxo de energia da onda de maré é constante, tendo-se, portanto, 2 Tu t,1/2 = constante 170 vr o que resulta em no a W-1/2, com h constante rio a h44, com W constante Conclui-se que o afunilamento tem um efeito muito maior em aumentar n o compartivenàduçãoprfiae.Asm,oxpltand-se como referência a entrada do estuário, com W = B, h = D e no = A, as seguintes situações podem ocorrer para o interior do estuário: Caso (a): W = B/2, h = D, produzem no = 1,4A (somente efeito de afunilamento). Caso (b): W= B, h = D/2, produzem rio = 1,2A (somente efeito de aprofundamento). Nessas condições, o comprimento da onda sendo À = T(gh) 1/2 , fazendo com que À a h1/2, resulta na esbeltez da onda de maré: (n o/À) a h-lm h-ire = h-3/4 . Em certas situações, a profundidade local e/ou largura passam a produzir um extremo crescimento de n o e, consequentemente, da esbeltez, produzindo a pororoca ou macaréu, como resultado de um grande estreitamento fluvial ou de um grande aumento da declividade fluvial. Então, a celeridade da onda de choque formada é dada pela equação: cp = {1 + [(h i h2)/(hi + h2)]}[g(hi + h2)121112

Dinâmica da Maré Estuarina

sendo hi e h2, respectivamente, as profundidades maior e menor associadas à onda com pronunciada esbeltez. Em condições extremas hi » h2, ou h2 tendendo a zero, gera-se uma enchente com celeridade de (2ghi)1/2, que se move 40% mais rapidamente do que uma enchente normal. As pororocas ocorrem nos períodos de grandes cheias fluviais — já que a vazão de água doce tende a empinar a onda de maré —, associadas a marés de águas vivas. No Rio Amazonas, a altura da onda atinge 5 m, movendo-se rio acima a velocidades de até 12 nós, mas as maiores ocorrem nos estuários da costa do Amapá.

2.1.7 Previsão da maré astronômica por análise harmônica O método harmônico é o mais usual e satisfatório para a previsão de alturas de maré. Utiliza o conhecimento de que a maré observada é a somatória de um número de componentes ou marés parciais, cada uma das quais precisamente correspondente ao período de um dos movimentos astronômicos relativos entre Terra, Sol e Lua. Cada uma das marés parciais tem uma amplitude e uma fase que são únicas para uma dada localidade, e a fase é a fração do ciclo de maré completada com relação a uma dada referência de tempo. O princípio da análise harmônica da maré é o da decomposição do registro maregráfico numa série de movimentos harmônicos simples, cujas componentes têm precisão determinística (Franco, 1988). A partir de um registro contínuo, ou com alturas horárias da maré de, no mínimo, 30 a 32 dias, obtém-se a altura da maré instantânea como:

ri= A +liai cos[(2/rt/Ti)+ Ail sendo: A: distância vertical entre o datum vertical e o nível médio do mar; ai, Ti, Ai: amplitude, período e fase da componente harmônica i; N: número de componentes harmônicas usadas. A principal componente da maré astronômica é denominada de M2, a principal lunar, de período igual a 12 h e 25 min, correspondendo, portanto, a uma componente de período semidiurno. As componentes com períodos fracionários ao semidiurno, 1/2, 1/3 e 1/4, são denominadas sobremarés e traduzem a influência geomorfológica de não-linearidade, por confinamento e redução de profundidade. Nas Tabs. 2.1 a 2.3 estão apresentadas as fichas de dados característicos dos postos maregráficos de Salinópolis (PA), correspondendo a uma das maiores amplitudes de maré do litoral brasileiro, e Porto de Santos (SP) e Henrique Laje (SC), correspondendo a uma das menores amplitudes de maré do litoral brasileiro, segundo dados da Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil. Na Fig. 2.1 estão apresentadas as previsões de maré para o Porto de Santos (SP), para o dia 20 de maio de 1947 (sizígia), estando ilustrada a composição harmônica para a maré. Nas Tabs. 2.4 e 2.5 estão apresentadas tábuas de marés para Itanhaém (SP) no ano de 1999 (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH).

9,3

94

Marés e Correntes

TABELA 2.1 Ficha maregráfica de Salinópolis (PA) Ondas fundamentais

Informações

Posição (p = 00°36' S X = 47°24' W Fuso: + 3 h Localização do marégrafo: Porto Grande

Época e duração das observações Ano de 1955 22/02 a 25/03/1955 Observação: 32 dias Método de observação: Marégrafo Autoridade: IAGS Método de análise: T. Liverpool Institute

Referência de nível Marca de referência de nível no extremo W da estrada Getúlio Vargas Zero do marégrafo: 525,8 cm, abaixo da referência de nível Nível médio: 341,1 cm acima do zero do marégrafo Cota do nível médio acima do nível de redução da carta de maior escala: 259,3 cm Carta n° 40

Notas particulares de caráter prático Altura da maior preamar observada acima do zero do marégrafo: 598 cm Altura da menor baixa-mar observada acima do zero do marégrafo: 82 cm Classificação da maré: Semidiurna Estabelecimento do porto: 7h22

Ondas superiores e compostas

Amplitude

Fase

Amplitude

Fase

(cm)

(°)

(cm)

(°1

25M 2

5,5

322

MK3

3,0

292

MO3 = 2MK3

1,5

15

288

S, Ssc, Mm

9,8

90

Mf

MSf

4,6

7

Ki

8,5

219

SK3

0,

10,7

229

SO3

Pi

2,7

219

S3

Qi

4,0

255

Ji

1,5

289

M4

9,5

M1

0,6

293

MS4

8,5

00 1

0,6

34

MN4

3,0

288

vK i =

MK4

P1

vi l - cri

0,3

282

TK1 -= 7ri NJ 1 = 2Q 1

0,2

219

SK4

0,3

282

SN 4

KP I = T i

0,1

219

Lip i = X1

M6

4,0

335

À0 1 = 01

2MS6

6,4

57

SO i

2MN6

3,4

355

MP B

2SM 6

2,8

150

S~

MSN6

3,0

63

RP S = tili

0,1

219

S6 2MK6

KQ I

MSK6

169,9

207

65,9

259

N2

34,5

197

M8

K2

18,0

260

3MS8

1)2

6,7

197

2(MS)8

2MS2= 112

8,8

306

2MSN8

L2

37,2

207

S8

T2

4,0

259

2N 2

4,6

187

Outras ondas

mNS 2 À2

002

KJ2

OP2

R2

MKS2

M3

2,4

317

MSN2

Dinâmica da Maré Estuarina

TABELA 2.2 Ficha maregráfica da Estação de Santos (SP) Informações

Posição cp = 23°57,3' S X = 46°18,7' W Fuso: + 3 h Localização do marégrafo: Torre Grande

Época e duração das observações Ano de 1956 01/01 a 23/12/1956 Observação: 356 dias Método de observação: Marégrafo Autoridade: DNPRC Método de análise: T. Liverpool Institute

Referência de nível Marca de referência de nível situada no meio-fio em frente ao Edifício da Alfândega Zero do marégrafo: 456,5 cm, abaixo da referência de nível Nível médio: 151,23 cm acima do zero do marégrafo Cota do nível médio acima do nível de redução da carta de maior escala: 76,69 cm Carta n° 1.701

Notas particulares de caráter prático Altura da maior preamar observada acima do zero do marégrafo: 287 cm Altura da menor baixa-mar observada acima do zero do marégrafo: 12 cm Classificação da maré: Mista Estabelecimento do porto: 2h55

Ondas fundamentais Amplitude (cm)

Ondas superiores e compostas

Sc,

10,2

Fase (°) 25

Ssa

5,0

180

Mm

4,2

289

Mf

1,7

141

MK3

2,5

117

MSf

1,5

121

MO3 = 2MK3

0,7

96

Kl

6,3

143

SK3

1,4

230

01

11,5

81

SO3

1,7

56

PI

2,3

136

S3

01

2,5

58

J1

0,8

192

M4

2,6

355

Mi

0,8

95

MS4

2,2

143

00 1

0,2

133

MN4

1,3

318

P1

0,3

72

MK4

0,9

166

vi l = 0-1

0,5

34

S4

0,7

196

TK I = /ri

0,2

220

SK4

0,4

253

Ni ] = 20 1

0,4

14

SN4

0,6

61

(pi

0,4

100

LP 1 = X 1

0,4

159

M6

0,7

148

ÀO I = 0 1

0,3

174

2MS6

0,4

74

SO i

0,5

51

2MN 6

1,4

180

MP 1

0,2

294

2SM 6

0,5

77

Si

1,1

138

MSN6

0,4

142

0,1

127

S6 2MK6

0,1

157

MSK6

0,1

91

vK I =

KP I =

RR ] =

o,

KQ 1

Amplitude (cm)

Fase (°)

2SM 2

0,6

196

M2

36,4

88

S2

22,5

91

N2

5,4

149

M8

K2

7,4

82

3MS8

v2

0,4

139

2(MS) 8

2MS2 = bt2

2,1

122

2MSN 8

L2

1,6

37

S8

T2

0,8

20

2N 2

2,0

149

MNS 2

0,2

189

À2 KJ2

0,7

21

002

0,7

89

0,9

278

OP2

0,4

353

R2

0,6

128

MKS2

1,3

162

M3

4,9

234

1,2

224

Outras ondas

MSN 2

9é.

Marés e Correntes

TABELA 2.3 Ficha maregráfica da Estação Henrique laje (SC)

Amplitude (cm) Posição cp = 28°13,8' S

X = 48°39,0' W Fuso: + 3 h Localização do marégrafo: no cais

Época e duração das observações Ano de 1955 01/01 a 01/02/1955 Observação: 32 dias Método de observação: Marégrafo Autoridade: IAGS Método de análise: T. Liverpool Institute

Referência de nível Marca de referência de nível situada no piso inferior do cais Zero do marégrafo: 431,2 cm, abaixo da referência de nível Nível médio: 226,9 cm acima do zero do marégrafo Cota do nível médio acima do nível de redução da carta de maior escala: 40,4 cm Carta n° 1.908

Notas particulares de caráter prático Altura da maior preamar observada acima do zero do marégrafo: 275 cm Altura da menor baixa-mar observada acima do zero do marégrafo: 156 cm Classificação da maré: Mista Estabelecimento do porto: 1h46

Ondas superiores e compostas

Ondas fundamentais

Informações

Amplitude (cm)

Fase (°)

2SM2

0,2

56

MK3

0,5

41

MO3= 2MK3

0,1

236

3,3

350

1,6 1,5

67 321

Fase (o)

Sa

Ssc, Mm

6,50

104

Mi

MSf

1,70

5

K1

5,30

01

11,80

125 73

SO3

PI

1,80

125

S3

Q1

2,60

46

J1

0,40

106

MI

0,50

120

Ma MS4

001

1,10

353

MN4

vKi = pi

SK3

MK4

ui

0,40

19

54

TKI = ir]

0,10

125

SK4

Nii = 2Q1

0,30

19

SN4

0,7

50

KP] = cpi Lpi , xi

0,10

125 M6

0,2

190

À01= Oi

2MS6

0,2

186

SOi

2MN6

0,2

138

MPI

2SMÓ

0,5

117

SI

MSN6

0,6

296

vil =

RPI= tp,

0,03

125

S6 2MK6

KQI M2

13,70

61

S2

10,40

59

N2

4,20

154

K2

2,80

v2 2MS2= bt2

0,80

59 154

0,90

204

2(MS)8 2MSN8

L2

1,00

24

S8

T2

0,60

2N2

0,50

59 248

MSK6

M8 3MS8

Outras ondas

MNS2 À2 KJ2

0Q2

R2

MKS2

M3

OP2 1,00

118

MSN2

T 97

Dinâmica da Maré Estuarina

TABELA 2.4(A) - TABUAS DE MARÉS - FOZ DO RIO ITANHAEM - 1999 - Primeiro semestre LATITUDE 24°11,2 S

LONGITUDE 46°47,3 W

EP LISP -10 USP

DIA 1 C) 2

3

4

5

6

7

8

9 ) 10 •

11

12

13

14

15

HORA hh:mm 0241 0824 1353 2032 0321 0900 1423 2102 0358 0936 1454 2132 0436 1008 1526 2200 0509 1043 1600 2228 0547 1117 1639 2300 0624 1200 1719 2332 0713 1253 1808

JANEIRO ALT DIA m 1,4 16 0,4 1,2 0,2 17 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 18 0,4 1,2 0,2 1,3 19 0,5 1,3 0,2 1,2 20 0,5 1,2 0,2 1,1 21 0,5 1,2 0,3 1,1 22 0,6 1,2 0,4 1,0 23 0,6 1,1

0011 0821 1358 1911 0108 0945 1515 2041

0,5 1,0 0,6 1,0 0,6 0,9 0,6 1,0

0336 1056 1632 2219 0551 1153 1734 2341 0641 1236 1824

0,7 1,0 0,5 1,0 0,6 1,0 0,4 1,1 0,6 1,1 0,3

0036 0719 1315 1908 0121 0754 1353 1951

1,2 0,5 1,2 0,2 1,3 0,5 1,2 0,1

NÍVEL MÉDIO 0,78 m FEVEREIRO HORA ALT HORA DIA hh:mm m hh:mm 0341 1,4 16 0302 0913 0,4 0915 1443 1,3 e 1521 2123 0,1 2128 0409 1,3 17 0336 0945 0,4 0941 1513 1,3 1554 2147 0,2 2206 0438 1,3 18 0408 1011 0,4 1006 1547 1,3 1626 2209 0,2 2245 0502 1,2 19 0443 1045 0,4 1034 1619 1,3 1702 2234 0,3 2326 0526 1,1 20 0517 1117 0,4 1058 1656 1,3 1747 2258 0,4 0553 1,1 21 0013 1200 0,5 0554 1738 1,2 1124 2326 0,5 1851 0626 1,0 22 0117 1254 0,5 0638 1828 1,1 1 1200 2102 0002 0,6 23 0254 0741 0,9 0741 1409 0,6 1323 1943 1,0 2306 0102 0,7 24 0449 1009 0,9 0945 1549 0,5 1804 2139 0,9 0611 0,7 25 0017 1134 1,0 0604 1709 0,4 1139 2334 1,0 1849

HORA hh:mm 0202 0826 1426 2028 0241 0858 1502 2106 0317 0930 1536 2147 0356 1002 1609 2224 0436 1034 1647 2308 0513 1106 1728 2356 0558 1143 1819

ALT m 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,5 1,2 0,1 1,3 0,5 1,2 0,2 1,2 0,6 1,1

0051 0647 1224 1938 0158 0745 1339 2130 0323 0904 1647 2308

0,3 1,1 0,6 1,0 0,4 1,0 0,7 1,0 0,5 0,9 0,6 1,1

26

0454 1038 1806

0,5 0,9 0,5

11

0654 1224 1808

0,6 1,1 0,3

26

27

0019 0604 1149 1853 0111 0658 1234 1928 0156 0739 1309 2000 0236 0813 1343 2030 0308 0847 1411 2058

1,2 0,5 1,0 0,4 1,3 0,5 1,0 0,3 1,4 0,4 1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,3 0,1

12

0036 0724 1306 1856 0115 0754 1343 1938 0154 0821 1415 2013 0228 0849 1449 2053

1,2 0,5 1,2 0,2 1,3 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,3 0,0 1,5 0,3 1,4 -0,1

27

•

24 C 25

28

29

. 30

31 O

DIA 1

2

3

4

5

6

7

8 ) 9

10

13

14

15

28

0106 0653 1224 1923 0147 0724 1258 1953 0217 0754 1328 2017

FUSO + 3 H CARTA DHN 1700 ALT m 1,5 0,3 1,4 -0,1 1,5 0,3 1,4 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,3 0,4 1,3 0,2 1,2 0,5 1,2 0,3 1,1 0,5 1,1 0,5 1,0 0,6 1,0 0,6 0,9 0,7 1,1 0,6 0,8 0,5

DIA 1

2 O 3

4

5

6

7

8

9

1,2 0,6 0,9 0,4

10

1,3 0,5 1,0 0,3 1,4 0,5 1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,1

11

)

12

13

14

15

HORA hh:mm 0247 0821 1358 2041 0311 0849 1426 2102 0338 0913 1456 2123 0358 0943 1526 2143 0419 1011 1558 2204 0439 1045 1632 2226 0458 1119 1709 2254 0517 1206 1758 2324 0536 1319 1906

MARÇO ALT DIA m 1,4 16 0,3 1,3 0,1 1,4 17 0,3 1,4 1 0,1 1,3 18 0,3 1,4 0,2 19 1,3 0,3 1,4 0,2 1,2 20 0,3 1,4 0,3 1,2 21 0,3 1,3 0,4 1,1 22 0,4 1,2 0,5 1,0 23 0,4 1,1 0,6 0,9 24 0,5 1,0 C

009 0447 0924 1508 2113 0628 1113 1647 2328 0653 1208 1751

0,7 0,8 0,8 0,5 0,9 0,7 0,9 0,5 1,0 0,6 1,0 0,3

25

0023 0715 1251 1838 0102 0739 1324 1917 0136 0804 1358 1956

1,2 0,5 1,2 0,2 1,3 0,4 1,3 0,1 1,4 0,3 1,4 0,0

28

26

27

29

30

31 O

HORA hh:mm 0208 0828 1430 2032 0239 0853 1502 2108 0309 0915 1536 2145 0339 0938 1608 2221 0408 1000 1645 2300 0439 1024 1726 2347 0508 1051 1832

ALT m 1,5 0,3 1,4 -0,1 1,5 0,3 1,5 -0,1 1,5 0,3 1,4 . 0,0 1,4 0,3 1,4 0,1 1,3 0,3 1,3 0,2 1,2 0,4 1,2 0,4 1,1 0,4 1,1

0047 0541 1117 2056 0224 0626 1202 2302 0443 0824 1749

0,6 1,0 0,5 1,0 0,7 0,9 0,6 1,1 0,7 0,8 0,5

006 0554 1119 1832 0051 0630 1206 1904 0121 0700 1239 1932 0151 0724 1308 1956 0215 0753 1338 2017 0239 0817 1404 2038

1,2 0,6 0,9 0,4 1,3 0,5 1,0 0,3 1,3 0,5 1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,2 1,4 0,3 1,3 0,2 1,3 0,2 1,4 0,2

98

Marés e Correntes

TABELA 2.4(B) - TÁBUAS DE MARÉS - FOZ DO RIO ITANHAÉM - 1999 - Primeiro semestre

LATITUDE 24°11,2 S

LONGITUDE 46°47,3 W

EPUSP -10 USP

NÍVEL MÉDIO 0,78 m ABRIL

DIA 1

2

3

4

5

6

7

8 )

9

10

11

12

13

14

15

FUSO+ 3 H

HORA hh:mm 0300 0847 1436 2056 0321 0913 1504 2115 0343 0945 1538 2138 0402 1017 1611 2202 0423 1054 1653 2230 0445 1141 1741 2306 0502 1251 1854

ALT m 1,3 0,2 1,4 0,2 1,3 0,2 1,4 0,3 1,3 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,3 0,4 1,1 0,3 1,2 0,5 1,0 0,4 1,1 0,6 0,9 0,5 1,0

002 0402 0602 0839 1436 2056 0604 1045 1611 2300 0626 1143 1719 2356 0653 1224 1809

0,8 0,8 0,8 0,8 0,5 1,0 0,7 0,9 0,4 1,1 0,6 1,0 0,3 1,2 0,5 1,2 0,2

0036 0713 1302 1854 0109 0739 1338 1934 0143 0802 1409 2009 0211 0826 1445 2049

1,3 0,4 1,3 0,1 1,4 0,3 1,4 0,0 1,4 0,3 1,4 0,0 1,4 0,2 1,5 0,0

CARTA DHN 1700

MAIO HORA hh:mm 0241 0851 1519 2123 0309 0911 1556 2202 0338 0938 1636 2241 0404 1002 1723 2324 0434 1028 1836

ALT m 1,4 0,2 1,5 0,1 1,3 0,2 1,4 0,2 1,3 0,3 1,3 0,4 1,2 0,3 1,2 0,5 1,1 0,4 1,1

0023 0504 1102 2043 0156 0547 1156 2236 0400 0723 1708 2338

0,7 1,0 0,5 1,0 0,8 0,9 0,6 1,1 0,8 0,8 0,5 1,1

24

0511 1013 1800

0,7 0,9 0,4

9

25

0015 0553 1126 1838 0051 0623 1208 1904 0115 0653 1241 1928 0141 0719 1311 1949 0204 0751 1345 2008 0228 0819 1413 2030

1,2 0,6 1,0 0,4 1,3 0,5 1,1 0,3 1,3 0,4 1,2 0,3

10

1,3

13

DIA 16 10 17

18

19

20

21

22 C 23

26

27

28

29

30 O

0,3 1,3 0,3 1,3 0,2 1,4 0,3 1,3 0,1 1,4 0,3

DIA 1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

14

15 •

HORA hh:mm 0253 0853 1449 2054 0313 0923 1521 2119 0339 1000 1600 2151 0406 1041 1643 2223 0438 1128 1736 2308 0523 1236 1847

ALT

0028 0747 1402 2026 0504 0954 1532 2209

0,8 0,9 0,4 1,1 0,7 0,9 0,4 1,1

22

0547 1102 1645 2317 0617 1154 1741

0,6 1,0 0,3 1,2 0,5 1,1 0,2

0002 0647 1238 1826 0041 0711 1315 1909 0113 0739 1354 1953 0145 0804 1432 2030 0213 0830 1509 2108

1,3 0,4 1,3 0,1 1,3 0,3 1,4 0,1 1,3 0,3 1,4 0,1 1,3 0,2 1,5 0,1 1,3 0,2 1,5 0,2

26

m 1,3 0,1 1,4 0,3 1,3 0,1 1,4 0,4 1,2 0,2 1,3 0,5 1,1 0,2 1,3 0,5 1,0 0,3 1,2 0,6 0,9 0,4 1,1

HORA hh:mm 0245 0858 1553 2149 0311 0924 1636 2226 0341 0954 1724 2309 0411 1026 1832

ALT m 1,3 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,3 0,4 1,2 0,2 1,2 0,6 1,1 0,3 1,1

0002 0449 1106 2002 0109 0536 1204 2139 0241 0651 1538 2247 0400 0845 1713 2334

0,7 1,0 0,4 1,0 0,7 1,0 0,5 1,0 0,8 0,9 0,6 1,1 0,7 0,9 0,5 1,1

24

0458 1024 1800

0,6 1,0 0,5

25

008 0539 1126 1834 0039 0615 1209 1900 0106 0653 1251 1924 0136 0724 1324 1949 0202 0800 1400 2013 0230 0836 1438 2043 0300 0909 1513 2113

1,1 0,5 1,1 0,4 1,2 0,4 1,2 0,4 1,2 0,3 1,3 0,4 1,2 0,2 1,3 0,4 1,3 0,1 1,4 0,4 1,3 0,1 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4

DIA

16

17

18

19

20

21

C 23

27

28

29

30 Q 31

DIA 1

2

3

4

5

HORA hh:mm 0332 0951 1556 2151 0406 1032 1641 2230 0447 1119 1730 2317 0538 1215 1832

JUNHO ALT DIA m 1,2 16 0,1 1,3 0,5 1,2 17 0,2 1,3 0,6 1,1 18 0,2 1,2 0,6 1,0 19 0,3 1,2

0028 0702 1326 1947 0251 0851 1447 2109 0443 1015 1602 2226 0536 1119 1706 2324

0,7 0,9 0,3 1,1 0,7 0,9 0,4 1,1 0,7 1,0 0,3 1,1 0,6 1,1 0,3 1,2

9

0615 1213 1802

0,5 1,2 0,3

24

10

0009 0649 1300 1854 0049 0721 1347 1938 0121 0753 1426 2019 0154 0823 1508 2058 0224 0854 1553 2138 0256 0924 1634 2213

1,2 0,4 1,3 0,2 1,2 0,3 1,4 0,2 1,2 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,4 0,4 1,2 0,2 1,3 0,5

25

6

7 ) 8

11

12

13 • 14

15

20 C 21

22

23

26

27

28 O 29

30

HORA hh:mm 0326 0956 1717 2254 0400 1030 1806 2336 0439 1106 1904

ALT m 1,2 0,2 1,2 0,5 1,2 0,3 1,2 0,6 1,1 0,3 1,1

0023 0521 1149 2013 0123 0617 1247 2128 0236 0734 1453 2232 0351 0906 1708 2321 0453 1038 1802

0,7 1,1 0,4 1,0 0,7 1,0 0,5 1,0 0,7 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0 0,5 1,0 0,6

0002 0543 1143 1841 0041 0626 1232 1911 0113 0706 1313 1943 0149 0747 1354 2013 0221 0823 1432 2045 0254 0902 1509 2117 0328 0941 1551 2153

1,1 0,4 1,1 0,5 1,1 0,3 1,2 0,5 1,2 0,2 1,2 0,5 1,2 0,1 1,3 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,2 _ 0,0 1,4 _ 0,5

Dinâmica da Maré Estuarina TABELA 2.5(A) - TABUAS DE MARES - FOZ DO RIO ITANHAEM - 1999 - Segundo semestre LATITUDE 24°11,2 S LONGITUDE 46°47,3 W FUSO+ 3 H EPUSP -10 USP

DIA

. 2

. 3

. 4

5

6

) 7

8

9

10

11

12

11 13

14

15

HORA hh:mm 0404 1021 1632 2228 0443 1104 1715 2309 0526 1154 1804 2356

NÍVEL MÉDIO 0,78 m JULHO ALT DIA m 1,2 16 0,1 1,4 0,5 1,2 17 0,1 1,3 0,5 1,1 18 0,2 1,2 0,6

0623 1253 1900

1,1 0,3 1,2

19

0058 0743 1400 2006 0241 0923 1519 2124 0443 1053 1639 2241 0551 1200 1749 2343 0636 1256 1843

0,7 1,0 0,3 1,1 0,7 1,0 0,4 1,0 0,6 1,1 0,4 1,0 0,5 1,2 0,4 1,1 0,4 1,3 0,4

20

0028 0715 1343 1930 0106 0751 1426 2009 0143 0823 1506 2049 0213 0854 1545 2123 0247 0924 1621 2156 0315 0954 1656 2228

1,1 0,3 1,4 0,4 1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,2 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,3 0,1 1,4 0,4 1,3 0,2 1,3 0,5

25

1Z 21

22

23

24

26

27

28

O 29

30

31

HORA hh:mm 0351 1021 1730 2300 0424 1049 1804 2339 0502 1117 1843

ALT m 1,3 0,2 1,2 0,5 1,2 0,3 1,1 0,5 1,2 0,4 1,0

0021 0547 1151 1934 0117 0641 1228 2058 0234 0756 1341 2228 0358 0941 1756 2334 0509 1121 1845

0,6 1,1 0,5 0,9 0,6 1,0 0,6 0,9 0,6 1,0 0,7 0,9 0,5 1,0 0,7 1,0 0,5 1,0 0,6

0021 0606 1226 1917 0102 0654 1309 1947 0139 0736 1349 2015 0211 0811 1424 2045 0247 0851 1500 2113 0319 0926 1538 2145 0354 1006 1611 2213 0428 1047 1653 2245

1,1 0,3 1,1 0,6 1,1 0,2 1,2 0,5 1,2 0,1 1,3 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,5

DIA 1

2

3

4

) 5

6

7

8

9

10

11

e 12

13

14

15

HORA hh:mm 0504 1128 1730 2317 0549 1217 1811 2353 0651 1319 1904

AGOSTO ALT DIA m 1,2 16 0,1 1,3 0,5 1,2 17 0,2 1,2 0,6 1,1 18 0,4 1,0

(C

0041 0834 1441 2011 0256 1034 1617 2151 0539 1156 1743 2323 0636 1254 1841

0,6 1,0 0,5 0,9 0,7 1,0 0,5 0,9 0,6 1,2 0,5 0,9 0,4 1,3 0,5

0019 0713 1341 1924 0058 0749 1419 2000 0132 0819 1454 2034 0202 0849 1526 2102 0232 0913 1556 2130 0302 0938 1623 2158 0334 1000 1647 2226 0404 1021 1708 2258

1,0 0,3 1,4 0,4 1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,3 0,1 1,4 0,4 1,3 0,1 1,4 0,3 1,4 0,1 1,3 0,3 1,4 0,2 1,2 0,4 1,3 0,3 1,1 0,4

19

20

21

22

23

24

25

26 (j)

_

27

28

29

30

31

CARTA DHN 1700

HORA hh:mm 0439 1043 1728 2336 0515 1106 1749

ALT m 1,3 0,4 1,1 0,4 1,2 0,5 1,0

0019 0602 1134 1813

0,5 1,1 0,6 0,9

3

0126 0704 1209 2113 0306 0851 1834 2309 0445 1115 1856

0,5 1,0 0,7 0,9 0,6 0,9 0,7 0,9 0,5 1,0 0,6

4

008 0551 1223 1919 0053 0639 1302 1943 0126 0719 1338 2006 0200 0758 1409 2032 0232 0834 1443 2058 0304 0908 1515 2123 0336 0947 1549 2149 0408 1023 1619 2213 0443 1102 1654 2241 0523 1149 1728 2308

1,0 0,4 1,1 0,6 1,1 0,2 1,2 0,5 1,2 0,1 1,3 0,4 1,3 0,0 1,4 0,3 1,4 -0,1 1,5 0,3 1,4 -0,1 1,5 0,3 1,4 -0,1 1,4 0,3 1,4 0,0 1,4 0,4 1,3 0,1 1,3 0,4 1,2 0,3 1,1 0,5

DIA 1

2

HORA hh:mm 0617 1245 1808 2341 0802

SETEMBRO ALT DIA m 1,1 16 0,5 1O 0,5 1,0 17

1408

0,6

1900

0,9

1Z

0032

0,6

18

1030

1,0

1608 2043

0,7 0,8

0534 1156 1743 2313 0628 1249 1836

0,6 1,2 0,6

6

009 0706 1328

1,0 0,3 1,4

1909

0,5

7

0047 0739 1402 1941

)

5

0,9

0,4 1,3

8

0117

9

0806 1432 2006 0147 0830

0,1

1458 2034 0854

1,4 0,3 1,4 0,1

1523 2100 0245 0913 1545 2126 0311 0932 1604 2156 0345 0953 1621 2224 0415 1009 1638 2300 0453 1034 1653 2341

1,4 0,3 1,4 0,2 1,3 0,2 1,4 0,2 1,2 0,2 1,4 0,3 1,2 0,3 1,3 0,4 1,1 0,3 1,2 0,5 1,0 0,4

10

11

12

13

14

15

0213

20

0,5

1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,3 1,3

e

19

21

22

23

24

25

O 26

27

28

29

30

HORA hh:mm 0536 1100 1658

ALT m 1,1 0,6 1,0

0041

0,5

0634 1134 1624 0223

1,0 0,7

0819 1304 1839 2249 0413 1102 1847 2351 0524 1204 1902

0,9 0,8 0,7 0,9 0,5 1,0 0,6 1,0 0,4 1,1 0,5

0032 0615 1243 1924 0106 0658 1315 1947 0141 0736 1349 2009 0211 0811 1417 2034 0245 0849 1451 2058 0317 0924 1519 2121 0353 1002 1551 2147 0426 1041 1619 2209 0508 1124 1651 2238 0606 1219 1723 2306

1,1 0,2 1,3 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,3 0,0 1,4 0,3 1,4 -0,1 1,5 0,3 1,5 -0,1 1,5 0,2 1,5 0,0 1,4 0,3 1,4 0,1 1,3 0,3 1,4 0,2 1,2 0,3 1,3 0,4 1,1 0,4 1,1 0,5 1,0 0,5

0,9

0,6

400

Marés e Correntes

TABELA 2.5(B) - TÁBUAS DE MARÉS - FOZ DO RIO ITANHAÉM - 1999 - Segundo semestre LONGITUDE 46°47,3 W

LATITUDE 24°11,2 S

NÍVEL MÉDIO 0,78 m

EPUSP -10 USP

DIA 1

2

) 3

4

5

6

7

8

9

a) 10

11

12

13

14

15

HORA hh:mm 0800 1347 1804 2351 1021 1556 1934

FUSO+ 3 H

OUTUBRO ALT DIA m 1,0 16 0,7 0,9 0,6 1,1 17 0,7 0,8 C

0509 1139 1726 2238 0606 1226 1809 2347 0647 1302 1843

0,6 1,2 0,7 0,8 0,4 1,3 0,6 1,0 0,3 1,3 0,5

0023 0717 1336 1909 0056 0743 1400 1938 0123 0806 1424 2004 0154 0826 1449 2032 0221 0847 1508 2100 0253 0904 1526 2128 0323 0924 1547 2200 0358 0949 1606 2236 0436 1011 1623 2319 0519 1045 1639

1,1 0,2 1,4 0,4 1,2 0,2 1,4 0,3 1,3 0,2 1,3 0,2 1,4 0,2 1,3 0,2 1,4 0,2 1,3 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,4 0,4 1,2 0,2 1,3 0,4 1,1 0,3 1,3 0,5 1,1 0,3 1,2 0,6 1,0

18

19

20

21

22

23

24

O 25

26

27

28

29

30 )

31

HORA hh:mm 0017 0621 1126 1626 0153 0802 1756 2202 0336 1015 1809 2313 0453 1128 1834

ALT m 0,4 1,0 0,7 0,9 0,5 1,0 0,7 0,9 0,5 1,0 0,6 1,0 0,4 1,2 0,5

0002 0547 1209 1856 0043 0630 1247 1919 0117 0709 1319 1945 0153 0751 1353 2008 0226 0828 1421 2034 0302 0906 1453 2058 0341 0945 1521 2124 0419 1023 1551 2153 0506 1108 1619 2221 0609 1202 1654 2258 0754 1319 1738 2351 0951 1509 1853

1,1 0,2 1,3 0,4 1,2 0,1 1,4 0,3 1,3 0,0 1,4 0,3 1,4 0,0 1,4 0,2 1,5 0,0 1,4 0,2 1,5 0,1 1,4 0,2 1,4 0,2 1,3 0,2 1,4 0,3 1,2 0,3 1,3 0,5 1,1 0,3 1,1 0,6 1,0 0,4 1,1 0,7 0,9 0,5 1,1 0,8 0,9

DIA 1

2

3

4

5

6

7

8

40 9

10

11

12

13

14

15

HORA hh:mm 0415 1104 1639 2115 0534 1154 1730 2258 0615 1230 1804 2349 0651 1300 1836

NOVEMBRO ALT DIA m 0,5 16 1,1 0,7 C 0,9 0,5 17 1,2 0,6 1,0 0,4 18 1,2 0,5 1,1 0,3 19 1,3 0,4

0026 0717 1326 1904 0100 0741 1353 1936 0132 0800 1415 2004 0202 0821 1439 2038 0236 0843 1502 2108 0309 0906 1526 2145 0347 0936 1553 2223 0426 1006 1621 2308 0513 1049 1700

1,2 0,3 1,3 0,3 1,3 0,3 1,3 0,2 1,3 0,3 1,3 0,1 1,4 0,3 1,3 0,1 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,2 0,1 1,3 0,5 1,1 0,2 1,3 0,5 1,1 0,3 1,2 0,6 1,0

006 0615 1149 1826 0121 0739 1539 2100

0,3 1,1 0,7 0,9 0,4 1,1 0,8 0,9

20

21

22

23

O 24

25

26

27

28

29

) 30

CARTA 1700

HORA hh:mm 0251 0917 1711 2228 0406 1038 1753 2326 0509 1132 1823

ALT m 0,4 1,1 0,7 1,0 0,4 1,1 0,6 1,1 0,3 1,2 0,5

0013 0602 1213 1853 0056 0649 1253 1921 0138 0732 1324 1949 0215 0811 1358 2017 0256 0853 1428 2047 0338 0932 1500 2115 0421 1011 1530 2149 0509 1056 1602 2221 0608 1145 1639 2302 0723 1245 1721 2354 0854 1400 1823

1,2 0,2 1,3 0,4 1,3 0,1 1,3 0,3 1,4 0,1 1,3 0,2 1,4 0,1 1,3 0,2 1,5 0,2 1,3 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,4 0,4 1,2 0,2 1,3 0,5 1,1 0,3 1,2 0,6 1,1 0,3 1,1 0,7 1,0 0,4 1,1 0,7 1,0

0143 1009 1521 1958

0,5 1,1 0,7 0,9

DIA 1

2

3

4

5

6

7

10 8

9

10

11

12

13

14

15

C

HORA hh:mm 0434 1106 1626 2145 0539 1151 1715 2302 0621 1223 1758 2356 0653 1254 1836

DEZEMBRO ALT DIA m 0,5 16 1,1 0,6 1,0 0,5 17 1,1 0,5 1,0 0,5 18 1,1 0,4 1,1 0,5 19 1,2 0,3

0038 0719 1323 1909 0113 0743 1351 1947 0151 0808 1419 2021 0224 0834 1449 2058 0302 0902 1519 2136 0341 0936 1553 2213 0421 1011 1628 2300 0508 1056 1713 2351 0600 1151 1817

1,2 0,4 1,2 0,2 1,3 0,4 1,2 0,1 1,3 0,4 1,2 0,1 1,3 0,4 1,2 0,1 1,4 0,5 1,2 0,1 1,3 0,5 1,2 0,1 1,3 0,5 1,1 0,2 1,3 0,6 1,1 0,2 1,2 0,6 1,0

0053 0704 1309 1951 0204 0817 1528 2130

0,3 1,1 0,7 1,0 0,4 1,1 0,7 1,0

20

21

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O 23

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) 30

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HORA hh:mm 0321 0938 1658 2249 0434 1049 1749 2349 0538 1143 1828

ALT m 0,4 1,1 0,6 1,1 0,3 1,1 0,5 1,2 0,3 1,2 0,4

0041 0630 1226 1904 0126 0717 1304 1939 0211 0802 1341 2011 0254 0845 1411 2045 0338 0923 1447 2117 0419 1000 1517 2151 0502 1039 1553 2223 0549 1117 1626 2258 0638 1200 1706 2338 0738 1254 1756

1,3 0,3 1,2 0,3 1,4 0,3 1,2 0,3 1,4 0,3 1,2 0,2 1,4 0,3 1,2 0,2 1,4 0,4 1,2 0,1 1,4 0,4 1,2 0,2 1,3 0,5 1,2 0,2 1,2 0,6 1,2 0,3 1,1 0,6 1,1 0,4 1,0 0,6 1,1

0023 0849 1356 1858 0134 1000 1509 2021 0439 1100 1621 2204

0,5 1,0 0,7 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0 0,6 1,0

tot

Dinâmica da Maré Estuarina

TABELA 2.6

Relação entre vários níveis de referência (data verticais) e o zero hidrográfico da Codesp - Companhia Docas do Estado de São Paulo

Cais existentes

Maré máxima adotada em projetos

Zero IGG IBGE Gegran e RFFSA Zero DHN (Variável) Zero Codes (Maré mínima em 12/03/1940)

O nível de redução das sondagens adotado pela Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil corresponde à baixa-mar média de sizígia da Carta Náutica de maior escala da localidade. O datum vertical adotado para as cotas topográficas nas cartas do IBGE em âmbito nacional, ou do IGC (antigo IGG) no Estado de São Paulo, corresponde ao nível médio do mar registrado pelo marégrafo de Imbituba (SC). Como exemplo da importância da menção ao nível de referência (NR), ou datum vertical, apresenta-se a Tab. 2.6, que sintetiza as referências utilizadas pelas várias entidades e empresas em suas cotas altimétricas na Baixada Santista (SP). Na Tab. 2.7 está apresentado o cálculo dos níveis médios mensais do ano de 1971 com os valores dos níveis médios diários para as alturas de maré registradas no marégrafo de Torre Grande, Porto de Santos (SP), com referência ao zero hidrográfico da Codesp (Harari e Camargo, 1995).

TABELA 2.7 Cálculo do nível médio mensal com os valores do nível médio diário, para as alturas de maré no marégrafo de Torre Grande (referidas ao zero hidrográfico da Codesp), Porto de Santos (SP) Mês

Nível médio (cm)

Mês

Nível médio (cm)

Janeiro

142,58

Julho

145,83

Fevereiro

Agosto

142,57

Março

147,26 147,42

Setembro

125,36

Abril

169,99

Outubro

138,65

Maio

157,50

Novembro

141,66

Junho

160,23

Dezembro

145,38

Valor médio no ano de 1971: 147,01 cm.

t$0,2

Marés e Correntes

2.2 PROPAGAÇÃO DA MARÉ EM ESTUÁRIOS 2.2.1 Circulação e misturação Os movimentos verticais da água associados com a subida e descida da maré, como os apresentados na Fig. 2.9 para uma sizígia e uma quadratura no Complexo Estuarino-Lagunar de Iguape, Cananeia (SP) (ver Fig. 2.10), são acompanhados na horizontal por movimentos da água denominados de correntes de maré. Essas correntes de maré atuam em toda a lâmina d'água e apresentam as mesmas periodicidades que as oscilações verticais, tendendo em áreas rasas (baías, golfos) não confinadas a seguir um padrão planimétrico elíptico [ver Fig. 2.11(A]. Na Fig. 2.11(B) está apresentada uma série de perfis de corrente ao longo do ciclo da maré. A diminuição da velocidade próximo do fundo é típica do comportamento das correntes de maré em áreas rasas, sendo importante quando forem considerados os aspectos da misturação. (A) Propagação da maré observada de 09 a 11/05/1955 nos marégrafos instalados no Complexo Estuarino-Lagunar de Iguape-Cananeia. Condição de sizígia. (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

sa pnad w y

Figura 2.9

09/05/1955

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1

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11/05/1955

10/05/1955

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Tempo (h)

ta3

Propagação da Maré em Estuários

05/12/1955 ,

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06/12/1955

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07/12/1955

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Bom Abrigo

0

12

0

12

0

12

0V

8 Tempo (h)

Figura 2.9 (B) Propagação da maré observa-

De um modo geral, a velocidade máxima numa maré, enchente ou vazante, é proporcional à amplitude elevada a uma potência entre 0,5 e 1. Na área do Terminal de Ponta da Madeira, em São Luís, por exemplo, este valor é de 0,67. Na plataforma continental interior, em baías e lagunas, nas quais o influxo de água doce é reduzido, predominam condições de águas bem misturadas. Na Fig. 2.12 estão apresentados mapas de correntes de maré para a área de Peruíbe (SP). Na Fig. 2.13 estão apresentadas trajetórias de derivadores delineando as correntes de maré a 2 m de profundidade em condições de vazante e enchente para o Canal de São Sebastião (SP). Nas Figs. 2.14 e 2.15 estão apresentadas trajetórias de derivadores lastrados a 3 m de profundidade delineando as correntes de maré em sizígia na Baía de São Marcos, em São Luís (MA). Nas Figs. 2.16, 2.17 e 2.18 estão apresentadas trajetórias de derivadores lastrados a 3 m de profundidade, delineando as correntes de maré em sizígia na Ponta da Madeira, Baía de São Marcos, em São Luís (MA). Na Fig. 2.19 está apresentada a visualização das trajetórias de correntes de maré enchente em condições de sizígia no modelo físico das áreas da Ponta da Madeira, Baía de São Marcos, em São Luís (MA).

da de 05 a 07/12/1955 nos marégrafos instalados no Complexo Estuarino-Lagunar de lguape-Cananeia. Condição de quadratura. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

tO4

Marés e Correntes

Barra do Rio Ribeira Barra de lcapara

1 - Marégrafo da Barra de Icapara: observado

em 1955/56

t\s

o P-

2 - Marégrafo do Valo Grande: observado

em 1955/57

C'ç\ 0°°

3 - Marégrafo de Subaúna: observado

em 1955/56 4 - Marégrafo de Cananeia: observado

a partir de 1954 5 - Marégrafo da Ilha do Bom Abrigo: observado

em 1955/57

Barra de Cananeia - Ilha do Bom Abrigo Figura 2.10

Localização de marégrafos instalados no Complexo Estuarino-Lagunar Cananeia-Iguape (SP) entre 1955 e 1957.

Superfície

6 7 ------------------

--------------

■ --

Figura 2.11 (A)0 padrão elíptico seguido pelas partículas de água numa corrente de maré durante um ciclo de maré completo. Os sucessivos rumos da corrente são mostrados pelas setas. O comprimento das setas é proporcional à velocidade da corrente no tempo assinalado (representação polar). Os números referem-se a horas lunares (62 min) medidas após um tempo inicial arbitrário do ciclo. (B)Uma série de perfis verticais de correntes de maré, mostrando o retardamento das correntes próximo ao leito do mar. Somente meio-ciclo está mostrado.

1, 0,0 0,5 -1,0 -0,5 Velocidade da corrente (ms-1)

•

•

▪

•

Propagação da Maré em Estuários

15

14/12/1982 22h30

14 o

140

Sizígia enchente

13 o

14/12/1982 18h30

Sizígia vazante

130

120

120

E o o o 0-) 100 o

2 90

2 90

o 80

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o

O

o 70 (1)

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C) 50 C Cl 40

I ■1' 1,

30

•

/ /.

O L...._ (-)

I

/

Enchente - Meia-maré Amplitudes: 5,6/6,0 m Velocidades em nós Figura 2.17 Trajetórias de derivadores e fluxos hidrossedimentológicos (a, b, c, d, e, f) no Terminal Marítimo de Ponta da Madeira da Vale, na Baía de São Marcos, em São Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

r. ----105;

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569 600-....Z

• ff0

Marés e Correntes

300

280

280 -

260

260 .

240

240 b

220

220 Espaç a men to de g ra de 1 0 m

300

E o 200 -a 180

Ponta da Madeira

2 (0 160 o 140 E 120 a o, • 100 CL

200 180 : 1 1

160 140 120 100 80

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Itaqui

60

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40

20

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30

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O 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Espaçamento de grade 10 m

o

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\

150 100 50 Espaçamento de grade 10 m

Figura 2.18 (A) Resultado gráfico do software MIKE 21, mostrando o escoamento das correntes, 2 h após a preamar de 6 m de amplitude na área do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira da Vale, na Baía de São Marcos, em São Luís (MA). (A) Resultado gráfico do software MIKE 21, mostrando velocidades e direção das correntes em maré vazante de 6 m de amplitude na área do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira da Vale, na Baía de São Marcos, em Sâ'o Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Figura 2.19 Visualização das trajetórias de correntes de maré de sizígia em enchente no modelo físico das áreas do Terminal da Ponta da Madeira e adjacências (Escala 1:170), na Baía de São Marcos, em São Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

ttt

Propagação da Maré em Estuários

Na Fig. 2.20 está apresentado um gráfico polar de correntes de maré a 5 m de profundidade em condição de maré de sizígia na Ponta da Madeira, na Baía de São Marcos, em São Luís (MA), evidenciando um caráter alternativo e axial nas correntes de enchente e vazante. Em áreas onde a corrente de maré é suficientemente forte, o arrasto produzido por atrito com o fundo causa turbulência que gera misturação vertical nas camadas mais profundas da lâmina d'água, produzindo condição de água bem misturada. Em outras áreas, em que as correntes de maré são mais fracas, ocorre pouca misturação e, portanto, a estratificação (camadas d'água com diferentes densidades) pode se desenvolver. As fronteiras entre tais áreas contrastantes de águas misturadas ou estratificadas são, com frequência, fortemente inclinadas e bem definidas, de modo que há marcantes diferenças na massa especifica da água de cada lado da fronteira. Figura 2.20 25

Ponto: P1 Prof.: 5 m Maré: Sizígia o— Enchente —Vazante Data: 12/12/1977 Obs.: Os vetores velocidade (m/s) foram tomados igualmente distribuídos ao longo do ciclo da maré,

Gráfico polar de correntes de maré no Ponto Pl, proximidades de Ponta da Madeira na Baía de São Marcos (MA), a 5 m de profundidade em maré de sizígia do dia 12/12/1977. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/ FCTH)

tt,2

Marés e Correntes

A circulação estuarina consiste no movimento de redistribuição da água mediado no tempo, isto é, resultante ou residual. A misturação estuarina consiste na ralistribuição de constituintes dissolvidos ou em suspensão na água, por exemplo, o sal e os sedimentos respectivamente, mediados no tempo. As forçantes para essas redistribuições podem ser de três ordens: • Diferenciada di.stribuição de densidades, por causa da vazão de água doce. • Marés astronômicas deformadas pela geomorfologia. • Tensão sobre a massa liquida produzida pelo vento. O tempo de integração para essas análises deve ser de no mínimo um período (enchente-vazante), sendo desejável que se tomem 30 períodos de maré (ciclo sizígia-quadratura). Os padrões circulatórios estuarinos podem ser basicamente classificados em três categorias, e são comuns nas condições reais as combinações dessas três categorias básicas.

2.2.2 Tipos de circulação Circulação gravitacional (clássica de estuários)

•

Esse padrão circulatório, que é o mais comum em estuários, decorre da diferença de densidade produzida pelo encontro das águas doces de vazão fluvial com as águas salgadas do mar. Na Fig. 2.21 encontra-se esquematizado esse padrão de circulação. Figura 2.21

Representação esquemática da circulação de água, gradientes de salinidade e velocidade num estuário parcialmente misturado. (A)Seção longitudinal mostrando a circulação de água e o gradiente de salinidade. A linha horizontal tracejada é a profundidade em que não há velocidade residual, seja para o mar, seja para a terra. (B)Perfil vertical de salinidade ao longo da linha vertical tracejada em (A), mostrando halóclina pobremente definida. (C)Perfil vertical de velocidade ao longo da linha vertical tracejada em (B) mostrando o marcante escoamento residual para montante de água salgada junto ao leito.

k

Para a terra 0%0

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Água salgada

15

Salinidade (%0) 25

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Para o mar

Para a terra O

•(+)

Perfil de velocidade

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Propagação da Maré em Estuários

Na Fig. 2.22 estão apresentados resultados da modelação numérica das correntes de maré e induzidas pelo vento no litoral central do Estado de São Paulo. À circulação de correntes de maré superpõem-se os efeitos meteorológicos produzindo circulação residual. Nesse tipo de circulação, mais água participa do escoamento comparativamente ao aporte fluvial simplesmente, e a camada superficial pode exportar tipicamente de 10 a 40 R, sendo R a vazão fluvial. A resultante de vazão em cada seção é sempre de R. O valor típico das correntes de maré instantâneas é de aproximadamente 1 m/s. •

Circulação residual de maré

Esse padrão circulatório, ilustrado na Fig. 2.23, decorre da interação não-linear entre as correntes de maré e a batimetria. Origina-se de escoamentos nãohomogêneos e/ou de efeitos de atrito, produzindo diferentes efeitos na seção transversal. Usualmente, surge por diferenças de profundidade, e normalmente o canal mais profundo é o de vazante, e toma-se mais significativa para alturas de maré superiores a 1 m. Os valores típicos das correntes de maré residuais são da ordem de 0,1 a 0,2 m/s. •

Circulação residual induzida pelo vento sobre o estuário

A circulação residual induzida pelo vento sobre o estuário é uma circulação secundária superposta às anteriores, tipicamente instável pela alta variabilidade do vento em intensidade e direção. Assim, as tensões induzidas pelo vento intensificam ou reduzem a circulação gravitacional, e ventos com prolongada atuação produzem declividades na superfície livre. •

Modos transientes de circulação

Em virtude das variabilidades hidrológicas na vazão e meteorológicas nos ventos, e dos efeitos afastados originados no mar, a circulação de um mesmo estuário pode ser bem diversificada ao longo de um ano climatológico.

2.2.3 Variação relativa do nível médio do mar e seus impactos 2.2.3.1 Contexto quanto às mudanças climáticas

O nível médio do mar sofre oscilações de longo período, documentadas pelas evidências geológicas. É fato conhecido que, no período da última grande Glaciação Quaternária, o nível médio do mar sofreu regressão de mais de 100 m, enquanto na máxima transgressão holocênica (conhecida como Transgressão Cananeia no Estado de São Paulo) atingiu cerca de 5 m acima do nível médio do mar atual. Tais oscilações podem resultar de efeito eustático, por variação do volume das águas nos oceanos, e/ou tectônico. Assim, o efeito combinado produz variações na posição relativa do nível médio do mar. Na última década, intensificaram-se os estudos de Hidráulica Marítima, associados às mudanças climáticas e dedicados à previsão da variação relativa do nível médio do mar, de grande importância para as áreas costeiras por afetar a dinâmica da agitação, circulação e misturação das águas nas áreas litorâneas.

Marés e Correntes

14/02/2000 1h - Quadratura - Vazante Máxima corrente paralela (SW) - Verão 2000

19/01/2000 Oh - Sizígia - Enchente Máxima corrente convergente - Verão 2000 200

200

190

190

180

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170

170

160

160

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E 140 o CO)) 130 o 't) 120 2 O) 110

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60 80 100 Espaçamento da grade 300 m 40

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120

IIII/IIIIIIII

20

16/07/2000 Ilh - Sizígia - Enchente Máxima corrente paralela - Inverno 2000

■

1111 ,111,11111t1

em

111111111111

40 60 80 100 Espaçamento da grade 300 m

120

30/06/2000 6h - Sizígia - Vazante Máxima corrente paralela (SW) Inverno 2000 -

200

200

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190

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180

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170

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160

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10

10 20

40 60 80 100 Espaçamento da grade 300 m

120

acima de 0,8 0,6 a 0,8 I 0,4 a 0,6 0,2 a 0,4 0,0 a 0,2

50

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o

1 m/s

60

0, O

„ „ „ „ „ „.„ „ 100 20 40 60 80 Espaçamento da grade 300 m

120

Figura 2.22 Resultados da modelação numérica com o software MIKE 21 HD da circulação de correntes de maré e induzidas pelo vento na área entre a Baía de Santos e Peruíbe (SP). (Baptistelli, Araújo e Alfredini, 2003)

Propagação da Maré em Estuários

Para a terra 10%0

lso-halinas 20%0

30%.

Escoamento fluvial

Para o mar 35%.

Escoamento de maré

Misturação

\-/

lateral

Na costa do Estado de São Paulo, o Instituto Oceanográfico da USP tem estudos de longo período, mais de 40 anos de registro, para a Base Sul do Instituto em Cananeia e para o Porto de Santos, que indicam a subida do nível médio do mar com, respectivamente, taxas de 0,4 e 0,1132 cm/ano. Os referidos estudos citam a taxa de 1,3 cm/ano do marégrafo da Ilha Fiscal, na Baía de Guanabara, como a maior conhecida na costa sudeste do Brasil. Essas variações têm seus efeitos a longo prazo, no entanto o projeto de obras marítimas não deve desconsiderar a priori o conhecimento, quando disponível, das tendências locais de variação do nível médio do mar, particularmente em obras com previsão de vida útil mais longa. De fato, as dinâmicas das zonas de arrebentação e estuarina são muito sensíveis a variações da ordem de alguns decímetros no nível médio do mar, bastando citar o efeito sobre os perfis de praia e a misturação das águas salinas e doces, além do impacto sobre as terras úmidas, conforme esquematizado na Fig. 2.24.

tC5' Figura 2.23 Representação esquemática da salinidade e circulação de água em estuário bem misturado. (A)Perfil longitudinal mostrando iso-halinas verticais e ausência de gradiente vertical de salinidade. (B)Perspectiva mostrando a deflexão das águas causada pela aceleração de Coriolis no caso do Hemisfério Sul. A misturação lateral induz uma circulação residual horizontal.

tt6 Figura 2.24 Impacto sobre as terras úmidas.

Marés e Correntes

A - 5.000 anos atrás

Nível do mar

B - Hoje

Nível do mar atual jyi do mar passado Sedimentação e formação de turfa

C- Futuro

Substancial perda de terras úmidas onde houver espaço mais ao alto Futuro nível do mar

D - Futuro

Completa perda de terras úmidas onde as estruturas estão protegidas contra a subida do nível do mar Futuro nível do mar

tt7

Propagação da Maré em Estuários

As politicas públicas para o enfrentamento de eventos extremos do mar num cenário de elevação relativa do nível do mar estão sintetizadas na Fig. 2.25, para prevenir catástrofes como as apresentadas na Tab. 2.8. Figura 2.25 Políticas públicas para enfrentamento da elevação do nível do mar.

1.Estabilização Nenhum recuo

Linha da costa mantida

Manuten ão de duna ou di ue

Praia larga

Praia estreita Duna enrijecida

2. Recuo programado Recuo organizado Dique ou duna defensivos Limitado no tempo Desenvolvimento (50, 100 anos) Diques defensivos Recuado em Linha da costa recua Linhas de defesa intervalo gradualmente Recuos

2. Curso natural Parque

/ / Dunas

Dunas

Parque

Parque

Linha da costa recua gradualmente

>

tt8

Marés e Correntes .

,

,

,,y •

enta e eMos Co

os no Mar

Data

Local

Causa

01/02/1953

SW Holanda

Maré meteorológica

1.835

250.000

01/02/1953

E Reino Unido

Maré meteorológica

315

32.000

26/09/1959

Baía lse

Tufão lsewan

5.101

430.000

16/02/1962

Hamburgo

Maré meteorológica

12/11/1970

Bangladesh

Ciclone tropical

300.000

Desconhecido

30/04/1991

Bangladesh

Ciclone tropical

139.000

4,5 milhões

29/08/2005

Estados Unidos

Furacão Katrina

> 1.100

> 500.000

•

N° de mortes

315

Pessoas afetadas

—

2.2.3.2 Estudo de caso da Baía e Estuário de Santos e São Vicente (SP) INTRODUÇÃO

A comunidade científica, mediante distintos estudos, concluiu que está ocorrendo uma intensificação do efeito estufa pelo significativo alimento dos gases (GEE) devido às atividades antrópicas, o que tem alterado de forma expressiva as temperaturas atmosféricas e oceânicas e os inúmeros e conespondentes padrões de circulação e clima. Se confirmadas as projeções para a mudança do clima global futuro, os impactos poderão ser potencialmente irreversíveis. Nesse caso, os países insulares e as regiões urbanas costeiras são as mais vulneráveis, com possibilidades reais de inundação em médio e longo prazo. O aumento do nível médio relativo do mar trará consequências econômicas para a pesca, a agricultura, a navegação, a recreação, o lançamento de efluentes, a proteção costeira, a produtividade biológica e a diversidade (Comissão Nacional Independente sobre os Oceanos, 1998). Outras consequências expressivas podem ocorrer em muitos sistemas ecológicos e socioeconômicos advindas de longos períodos de secas e de um provável aumento de pragas e doenças tropicais, não se afastando a possibilidade de se ter afetado o satisfatório fornecimento de alimentos e recursos hídricos, prejudicando imensamente a qualidade de vida e a saúde humana. Uma elevação no nível médio relativo do mar de apenas 0,3 cm em trechos dominados por mesomarés e micromarés, condições que se observam em grande parte do litoral brasileiro, poderia ocasionar consequências notáveis, embora não totalmente imprevisíveis. Cidades como João Pessoa, Recife, Maceió, Aracaju, Salvador, Rio de Janeiro, Vitória, Santos, Paranaguá, Florianópolis e Rio Grande, áreas de grande densidade populacional e importantes complexos industriais-portuários e turísticos, são potencialmente inundáveis em suas porções mais baixas (Comissão Nacional Independente sobre os Oceanos, 1998). Para as regiões Sudeste e Sul do Brasil, um pequeno aumento no nível relativo do mar seria suficiente para acarretar mudanças na zonação de marismas, manguezais e faixas de transição para restinga, até sua total eliminação (Comissão Nacional Independente sobre os Oceanos, 1998).

Propagação da Maré em Estuários

De acordo com a publicação IPCC (2002), as características importantes da América Latina, considerada como região com algumas das maiores concentrações de biodiversidade do planeta, vêm apresentando a perda de cerca de 1% ao ano de mangues, diminuindo, assim, as zonas de refúgio para peixes, crustáceos e moluscos. A Baixada Santista, a mais populosa e urbanizada subunidade do litoral pau lista, tem apresentado modificações profundas, pelas influências dos aspectos sociais e econômicos, com significativa alteração na qualidade ambiental por causa da intensa urbanização (caso de Santos e São Vicente), seja ela decorrente da industrialização (complexo industrial de Cubatão), do complexo portuário (Santos) ou do turismo (Praia Grande, Guarujá e Bertioga). O relatório Programa de Controle de Poluição — Procop (São Paulo/Secretaria do Meio Ambiente/Cetesb, 2001) apresenta um estudo detalhado das poluições industrial e orgânica presentes no sistema estuarino de Santos e São Vicente, que têm contribuído para a degradação das áreas adjacentes. Foram apontadas também como causas da degradação as alterações físicas dos habitats resultantes de processos de assoreamento, erosão e aterros de canais e manguezais. Os resultados do estudo, encomendado pelo Ministério do Meio Ambiente e executado pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica — FCTH (CTH-DAEE-USP), abrangeu grande parte dos municípios da Baixada Santista. Mostraram os prováveis cenários de inundação nas áreas urbanas e nos bosques de mangues. O auxílio financeiro foi do Banco Mundial, Global Environment Facility — GEF e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico — CNPq.

ÁREA DE ESTUDO

A Baía e Estuário de Santos e São Vicente (Fig. 2.26) está localizada ao sul do Trópico de Capricórnio, compreendendo a área da escarpa da Serra do Mar, planície sedimentar, até o mar entre os rios Mongaguá e Itapanhaú (Bertioga), totalizando 2.402 km2 de área. Os municípios que delimitam a área de estudo são Santos, São Vicente, Praia Grande, Cubatão, Guarujá e Bertioga. Nas áreas planas do Estuário de Santos e São Vicente, sujeitas à ação das marés, ocorrem cerca de 40% de manguezais do litoral paulista (Herz, 1991), e um levantamento com base em fotos aéreas de 1958 a 1989 mostrou que 58 km 2 2 foram aterrados para dosmangueri cotvam-sedgr 20k ocupação urbana ou industrial. Cerca de 50 km 2 mantinham-se em boas condições, grande parte situada em Bertioga (Silva et al., 1991). Ver bibliografia. Conforme a publicação Cetesb (2004), os mangues da Baixada Santista podem ser divididos nas seguintes áreas, de acordo com as características estruturais como altura, idade etc.: São Vicente, Estuário de Santos e Bertioga (mangue do rio Itapanhaú, região não incluída neste estudo). A área de mangue da Baixada Santista é muito importante (aproximadamente 100 km 2), excluindo-se as zonas devastadas. A escassez de Avicenia nesse mangue talvez seja consequência do seu intenso abate para extração de tanino (Luederwaldt, 1919). Outro estudo realizado na região da Baixada foi o de Paiva Filho (1982), que relacionou a intrusão marinha no Canal dos Barreiros com a distribuição das espécies de ictiofauna.

Marés e Correntes

Figura 2.26

Mapa mostrando a área de estudo.

Estado de Aão Paulo

o Canal do Estuário de São Vicente o

• 'N.

Canal do Estuário de Santos

Canal do Estuário de Bertioga

-1111111-f Pg

,fir

"111

Canal de Barreires

23°58' S

Baía de Santos Praia de Guarujá

24°02' S 46°14' W

Efeitos da elevação do nível do mar sobre os mangues O aumento do nível do mar é uma ameaça particularmente para as áreas úmidas do Atlântico Sul. Em regiões salinas como manguezais, a subida do nível do mar irá submergir as áreas úmidas, causando a morte da vegetação por estresse salino (Kennedy et at, 2002). Field (2001) afirmam que as áreas úmidas costeiras poderão lidar com as alterações do nível do mar quando forem capazes de permanecer na mesma elevação relativamente à amplitude de maré. Titus e Richman (2001) consideram que a elevação do nível do mar por si só não mostra quais áreas ficarão submersas, mas é o fator mais importante, e as dimensões dessas áreas dependerão principalmente dos seguintes fatores: inclinação da costa, velocidade de elevação, aporte de sedimentos e disponibilidade de área (ocupação/urbanização). Se a inclinação do terreno for suave, a taxa de elevação não for muito elevada e houver aporte de sedimentos aliado à disponibilidade de áreas mais interiores, ocorrerá apenas um deslocamento da área de manguezal sem perda significativa. Se houver aumento rápido do nível para o interior, a área de manguezal a ser colonizada será restrita, ocorrendo perda

Propagação da Maré em Estuários

em extensão desse ecossistema. Também, se a inclinação for pequena e não houver aporte de sedimentos, a área permanentemente inundada será maior, não havendo possibilidade de colonização de novas áreas, e a perda será significativa. MATERIAL E MÉTODOS

O estudo foi desenvolvido na área que abriga o maior porto da América Latina e a maior região metropolitana do litoral do Estado de São Paulo. Os principais objetivos do diagnóstico foram: levantamento bibliográfico da variação do nível do mar na região; análise dos impactos da elevação do nivel do mar a partir dos resultados obtidos em modelo físico; composição e precisão de impactos sobre a fauna e flora. A publicação U.S., NRC (1987) considerou três cenários de elevação média de nivel do mar para o ano de 2100, que correspondem a 0,5, 1 e 1,5 m. No presente estudo, os resultados apresentados correspondem ao cenário mais pessimista de elevação. O modelo físico da Baia e Estuário de Santos e São Vicente (ver Fig. 2.27) utilizado neste estudo foi construído no Laboratório de Hidráulica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo — LHEPUSP, com escalas horizontal e vertical de 1:1.200 e 1:200 respectivamente. Possui área útil de 750 m2 representando aproximadamente 1.000 km2 da região estudada. O modelo é froudiano, de fundo fuço, com escala de descarga de 1:1:3394113 e tempo de escala de correntes de maré de 1:84,85 (Alfredini et al., 2008). A bacia onde está representado o modelo físico conta com geradores de ondas e de marés. O registro da agitação de ondas é realizado com pontas capacitivas, e a circulação de correntes, com micromolinetes de fibra ótica (Fig. 2.28). Tanto as pontas capacitivas como os micromolirtetes estão situados em pontos estratégicos no modelo. Para a reprodução das correntes de maré, criou-se um software no próprio LHEPUSP. Também se dispõe de uma instalação zenital para a documentação fotográfica e de vídeo, cobrindo a área principal do modelo. Um mapa de cobertura de vegetação também foi gerado, mostrando cenários prováveis de inundação nos mangues e a intrusão salina. Este mapa foi criado a partir da digitalização de 29 cartas contendo pontos topográficos, curvas de nível e linhas de contorno da costa e dos estuários. Nesse modelo digital de terreno, foram traçados os contornos de baixa-mar e preamar correspondentes à condição de elevação média de 1,5 m. Finalmente, uma composição de fotos aéreas (escala 1:20.000) e imagens de satélite foi sobreposta ao modelo digital de terreno. Figura 2.27

Modelo físico da Baía e Estuário de Santos e São Vicente.

▪

• 412

Marés e Correntes

Figura 2.28

Ponta capacitiva (esquerda) e micromolinete (direita). No detalhe, o sensor.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Elevação do nível médio do mar na área de estudo

Figura 2.29

Elevação do nível médio do mar no Porto de Santos (1944-1992).

A subida do nível médio do mar pode ser estimada em 1,13 mm/ano (Harari e Camargo, 1995), com base nos registros do marégrafo do Porto de Santos (23°56,95' S e 46°18,50' W) (ver Fig. 2.29 ajustada pelo método dos mínimos quadrados com regressão linear — datum vertical da Codesp (y) — Autoridade Portuária) de 1944 a 1992 (eixo x). Entretanto, no último ciclo astronômico sinódico Terra-Lua-Sol desse período (1973 a 1992), as baixa-mares mínimas anuais elevaram-se a um gradiente de 13,2 mm/ano, o que, secularizado, daria 1,32 m, projetando uma verossímil elevação assintótica de 1,5 m até o ano 2100. Nesse sentido, as simulações feitas no estudo contemplaram a elevação de 1,5 m, correspondendo ao limite superior sugerido pelo U.S., NRC (1987). Estudos semelhantes foram efetuados para o marégrafo situado na área lagunar de Cananeia (200 km a sudoeste de Santos), com dados de 1955 a 1990, e na Ilha Fiscal (Baía de Guanabara, Rio de Janeiro), com dados de 1965 a 1986, e acusaram valores de 4 mm/ano e 13 mm/ano, respectivamente. Verificou-se que efeitos meteorológicos de longo período, como o El Nifio-Southern Oscillation (Enso), podem ser responsáveis por variabilidades periódicas nos parâmetros de maré.

160,00 155,00 150,00 Q 145,00

..............

........

o 140,00 o To 135,00 -

y = 0,1262x + 142,09

Z 130,00

Nível médio do mar

125,00

Linha de ajuste

120,00

111111111111111111111111111111111111111111111111 nt nr

o.

co -cr

O N

In In Os Os

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sO CO O N nt sO CO O N NO CO O N N N N N N CO CO CO CO CO Os Os

Os Os Os O. O. o' Os o Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os Os

Ano

Propagação da Maré em Estuários

Testes em modelo físico Primeiro, nos ensaios de calibração, foi sendo modificada a rugosidade do modelo físico na zona do Estuário de Santos e São Vicente, conforme sequenciado na Fig. 2.30, até à configuração definitiva na qual os tempos de máré medidos no modelo físico coincidiram aproximadamente com os dados reais. O procedimento de validação consistiu na comparação das velocidades de corrente nas áreas da baía e do estuário. Uma vez calibrado e validado, vários testes foram realizados para comparar os tempos de propagação de maré (atraso em relação ao tempo de origem) entre o nível atual e uma elevação média de 1,5 m do nível do mar (Tab. 2.9). O tempo de origem corresponde à preamar na maré de sizígia na Ilha das Palmas. A Tab. 2.10 apresenta a mudança correspondente à velocidade de corrente na Seção Sl, localizada na embocadura do Estuário de Santos, e na Seção 10, localizada na embocadura do Estuário de São Vicente. A Fig. 2.31 mostra parte dos estuários modelados. Com as tabelas citadas, é possível observar que o aumento da prisma de maré com a elevação média do nível do mar em 1,5 m reduzirá o tempo de propagação de maré em Santos e São Vicente a partir das duas embocaduras até a zona de encontro das águas. Entretanto, a taxa de redução não é igual nos dois canais estuarinos, sendo maior no Estuário de São Vicente. Em razão dessa mudança na propagação de maré dentro da área estuarina, associada ao padrão de reflexão das ondas de maré, é possível verificar o aumento da velocidade na embocadura de Santos e a redução na de São Vicente. Com essa conclusão, pode-se estimar o aumento de profundidade na embocadura de Santos e a diminuição na embocadura de São Vicente.

Figura 2.30 Calibração da rugosidade no modelo por meio do ajuste da granulometria de pedregulhos argamassados no fundo dos canais estuarinos.

6' ONDAS SANTOS t—ocrii

nr-

424

Marés e Correntes

Figura 2.31 Seções SI (boca do Estuário de Santos, à esquerda) e 10 (boca do Estuário de São Vicente, à direita).

TABELA 2.9 Comparação de tempo de propagação entre a situação de nivel médio do mar atual e uma elevação de 1,5 m no Estuário de Santos e São Vicente ESTUÁRIO DE SANTOS Seção

Modelo (nível médio do mar atual) Calibração

Modelo (nível médio do mar + 1,5 m)

10 min (boca)

9,45 min

0,20 min

30 min

30,80 min

23,76 min

50 min

55,23 min

38,90 min

70 min (*)

67,59 min

40,38 min

,, Seção

ESTUÁRIO DE SÃO VICENTE Modelo (nivel médio do mar atual)

Calibração

Modelo (nivel médio do mar + 1,5 m)

10 min (boca)

9,62 min

4,35 min

30 min

32,17 min

20,62 min

50 min

60,80 min

30,23 min

70 min (*)

72,86 min

38,89 min

(*) Significa a zona de interferência entre as ondas de maré de Santos e São Vicente.

425

Propagação da Maré em Estuários

TABELA 2.10 Comparação de velocidades entre o nível atual e uma elevação de 1,5 m do nível do mar Seção

Estado da maré

Velocidade (m/s) nível atual

Velocidade (m/s) + 1,5 m

Si

Enchente

1,00

1,04

Vazante

0,88

0,98

Enchente

1,08

0,77

Vazante

1,03

0,94

10

Efeitos da elevação do nível do mar nos manguezais da região

A Fig. 2.31 apresenta as indicações das áreas de estudo referidas a seguir, sendo a localização das áreas mencionadas assinaladas pelos códigos alfanuméricos citados nas figuras. Canal de Bertioga (CB)

No Canal de Bertioga, haverá inundação em áreas próximas ao Rio Caiubura (margem continental — duas grandes áreas CB-1 e CB-2, Fig. 2.32), e na região do Rio Tia Maria (CB-3, Fig. 2.33) não haverá grande perda. Próximo ao Largo do Candinho, as margens do Rio Cabuçu (CB-4, Fig. 2.33) não sofrerão grandes alterações. As margens do Rio Trindade (Santos) terão as suas áreas entre as alças completamente submersas (CB-5, Fig. 2.33). O mesmo cenário ocorrerá com o Rio Maratanua no município de Guarujá (CB6, Fig. 2.33) e também na área adjacente ao Rio Crumaú (CB-7, Fig. 2.33). As áreas entre os rios Agari e Caipira (CB-8, Fig. 2.33) serão completamente submersas, incluindo as ilhas em frente ao morro do Caipira. aunienfõ3. e.finisINNIIV1 --- preamar baixa-mar o 1250 m

Figura 2.33 Áreas do Canal de Bertioga (CB-3 a CB-8).

Figura 2.32 Áreas do Canal de Bertioga (CB-1 e CB-2).

426'

Marés e Correntes

Região de Santos (S) No município de Santos, parte do mangue será inundada no Rio Diana (S-1, Figs. 2.34 e 2.35), assim como no Rio Sandi (S-2, Fig. 2.35) e Ilha Barnabé (S-3, Fig. 2.34). As margens do Rio Jur.ubatuba (S-4, Fig. 2.35) também serão inundadas e a proximidade com a Serra do Mar impedirá a expansão do mangue para o interior. As inundações nas áreas adjacentes ao Rio da Onça e Rio Quilombo (S-5, Fig. 2.35) serão bastante extensas, submergindo grande parte do manguezal existente. Figura 2.34

Área de Santos (S-1 e S-3).

Figura 2.35

Área de Santos (S-1, S-2, S-4 e S-5).

Região de Cubatão (C) À leste da cidade de Cubatão, os baixios formados pelos rios Cascalho, Casqueiro e Cubatão até o largo do Canéu serão completamente inundados, exceto pequenas porções de terreno mais elevado (C-1, Fig. 2.36). Na área à oeste da cidade, onde se encontram o Rio Paranhos, Rio Santana, Rio Queiroz e Rio Mãe Maria, haverá inundação de grande parte desse manguezal, juntando as águas dos rios Paranhos e de Mãe Maria (C-2, Figs. 2,36 e 2.37). Figura 2.36

Área de Cubatão (C-1 e C-2).

Figura 2.37

Cubatão (C-2) e áreas de São Vicente (SV-1 a SV-3).

42 7

Propagação da Maré em Estuários

Região de São Vicente (SV) Em São Vicente, as áreas adjacentes ao Rio Branco (SV-1, Fig. 2.37) serão mantidas com perda de pequenas áreas inundadas. Já no Rio Mariana e no Rio Bragal as áreas submersas serão de grande extensão (SV-2 e SV-3, Fig. 2.3'7). Região de Praia Grande (PG) No Rio Piaçabuçu (ao norte de Praia Grande), não haverá alteração significativa mesmo com a submersão da Ilha Ermida (PG-1, Fig. 2.38). Já seu afluente, o Rio Guaramar (PG-2), apresentará uma área inundada bem superior. A elevação do nivel do mar e a intrusão salina no Estuário de Santos e São Vicente Nas décadas de 1960 e posteriores, com a implantação do Canal de Piaçaguera (entre C-1 e S-5), que permite acesso à Bacia de Evolução do Polo Petroquímico e Siderúrgico de Cubatão, bem como com as dragagens de aprofundamento do Canal de Acesso ao Porto de Santos, a intrusão salina avançou significativamente pelo Estuário do Canal do Porto. No Estuário de São Vicente, nenhuma obra de dragagem, ou de outro gênero, foi efetuada que pudesse afetar a intrusão salina. No entanto, a aplicação do método de Ippen (1966) para estimar a intrusão salina aponta para uma significativa elevação dos teores de salinidade, particularmente para as condições de baixa-mar (BM), comparativamente às de preamar (PM). Na Fig. 2.39 essa comparação é mostrada, entre a situação atual (calibração) e a de uma subida do nível médio do mar de 1,5 m, considerando maré de sizígia. A distância é medida a partir da boca do estuário na Ponte Pênsil rumo ao Rio Santana. De toda a região estuarina que circunda a Ilha de São Vicente, é no Canal dos Barreiros (lan O a 4,5 a partir da boca do Estuário de São Vicente) que se desenvolve a maior atividade pesqueira, principalmente de camarão durante o verão. A diversidade específica das espécies varia sazonalmente, sofrendo nítido declínio nos meses em que há uma menor precipitação pluviométrica e uma marcante elevação da salinidade. A ictiofauna do Estuário de São Vicente, Canal dos Barreiros, é constituída por um mínimo de 53 espécies.

Figura 2.38

Área de Praia Grande.

t28

Marés e Correntes

Figura 2.39

40,00

Intrusão salina do Estuário de São Vicente até o Rio Santana.

35,00

12 PM (atual) —e- BM (atual) o PM (+1,5 m) —*-- BM (+1,5 m)

a..

....... ........ . ..... .......... .............

. ...........

30,00

.......... ........... ...

25,00

..........

•

Do 20,00 0

•3 15,00 v)

'....... ...

,..1:: ....

10,00 5,00 1

0,00

1

O

6 8 Distância (km)

10

12

14

Verificando-se uma maior intrusão salina em consequência da elevação do nível médio do mar relativo, deve-se esperar urna migração dessa ictiofauna mais para montante do estuário, correspondendo a áreas de maior contaminação atual, por causa de passivos ambientais passados. Tal perspectiva leva a uma maior preocupação quanto à sobrevivência dessa ictiofauna. DISCUSSÃO FINAL

Em relação à área da Baixada Santista estudada, nota-se que haverá inundação de extensas áreas de manguezal sem possibilidade de migração desses bosques para áreas mais interiores, seja em função do relevo pela proximidade da Serra do Mar, seja pela ocupação antrópica e pelas rodovias que limitam esse deslocamento do ecossistema para o interior. Nos municípios de Santos e Cubatão, as áreas inundadas serão bastante extensas. No caso do Canal de Bertioga, onde os manguezais encontram-se mais preservados, também haverá uma perda de aproximadamente 50% dessas áreas. Ao que parece, a área interna do Estuário de Santos será praticamente toda submersa, ocorrendo a anastomose dos canais e rios. A maioria dessas áreas de manguezal será perdida. Em poucas regiões do estuário, como os manguezais do Rio Branco, Rio Tia Maria e Rio Cabuçu, as áreas de mangue serão mantidas. Assim, se esse cenário se confirmar, provavelmente haverá uma perda superior a 50% da área total de manguezal hoje existente. Outra questão importante é o que ocorrerá com o aporte de sedimento. Ele poderá compensar essa elevação? Isso poderia trazer, em algumas regiões, a possibilidade de manutenção dos manguezais. Também é preciso verificar se as áreas não inundadas permanentemente não sofrerão interrupções dos fluxos de água por barreiras, como estradas, o que, mes-

Propagação da Maré em Estuários

mo não ocorrendo inundação permanente, não permitiria o desenvolvimento desse ecossistema. Como efeito da redução das áreas de manguezal no Estuário de Santos e São Vicente, algumas das funções ecológicas desse ecossistema costeiro poderão ser comprometidas, entre elas a retenção de sedimentos e poluentes, exportação de matéria orgânica e nutrientes para as águas costeiras adjacentes e manutenção de habitat crítico para algumas espécies que se utilizam do manguezal em alguma fase do seu ciclo de vida. Alguns trabalhos mostram que a área de ma,nguezal está diretamente relacionada com a produção pesqueira da zona costeira adjacente e que sua redução implicaria a diminuição dessa produção (Pauly e Ingles, 1999).

429

PROCESSOS LITORÂNEOS

3.1 INTRODUÇÃO A dinâmica do movimento dos sedimentos costeiros começou a ser mais intensamente estudada em 1950. Do ponto de vista da Engenharia Costeira, a importância do tema é muito grande para a solução de problemas práticos relevantes, como o assoreamento de bacias portuárias e as erosões de praias em áreas de elevado valor social e/ou econômico. Não muito tempo atrás, a maioria das obras costeiras era feita por tentativas, em razão da insuficiência do conhecimento relativo à mecânica dos processos litorâneos. Os processos litorâneos ligados à morfologia costeira e do fundo do mar resultam da combinação de forças naturais (ligadas a ondas, correntes, ventos e tectônicas) e antrópicas (ligadas à ação humana, principalmente em obras de Engenharia Costeira) nas formações geológicas expostas. Muito frequentemente, a costa é formada por material arenoso, que responde de modo bem rápido a estas ações por meio do fenômeno de transporte de sedimentos. As costas rochosas respondem geralmente muito mais lentamente a tais influências e, por isso, interessam mais aos geólogos do que aos engenheiros civis. A contínua ação dos movimentos do mar sobre a costa, que determina o clima de ondas e a intensidade e direção das correntes, varia em muitas escalas de tempo, de segundos até milênios. Também o suprimento de sedimentos é irregular no tempo e no espaço. Portanto, a qualquer instante, a formação e a composição granulométrica da costa e do fundo do mar apresentam um padrão complexo que tende para um equilíbrio dinâmico, o qual se insere num período mais amplo correspondente à era geológica. Assim, o equilíbrio das praias é, em geral, um equilíbrio dinâmico, isto é, grandes quantidades de areia encontram-se normalmente em movimento, mas de tal forma que a quantidade de material que entra numa área em um intervalo de tempo dado é igual, em média, à quantidade que dela sai no mesmo intervalo de tempo. A posição da linha média da costa é relativamente estável por um período de meses ou anos, enquanto a posição instantânea sofre oscilações de curto período.

t3,2

Processos Litorâneos

As praias são erodidas, engordam ou permanecem estáveis dependendo do balanço entre o volume de sedimentos suprido e disponível e o volume de sedimentos retirado pelo transporte, resultante principalmente da ação de ondas e correntes nas direções longitudinal é transversal à praia. A área de interesse desses estudos está compreendida entre o ponto ao largo onde as ondas em águas pouco profundas começam a movimentar os sedimentos do fundo e o limite em terra dos processos marinhos ativos. Esse último é usualmente definido por um campo de dunas ou uma linha de rochedos. As obras de Engenharia Costeira, alterando o regime natural de transporte de sedimentos, rompem, em geral, o equilíbrio estabelecido num litoral, embora em todos os projetos procure-se interferir minimamente na linha de costa estabelecida. Erosões ou assoreamentos excessivos podem afetar a integridade estrutural ou a utilidade funcional de uma obra costeira. Frequentemente, a falta de material ocorre em algum local, como erosões indesejáveis em praias, e em outros locais a superabundância de material pode ser problemática, como o assoreamento de um canal navegável. Assim, é indispensável ao engenheiro civil que se ocupa de trabalhos marítimos conhecer, com relativa precisão, o modo e a intensidade com que se processa o caminhamento das areias. Dessa forma, a escolha da solução mais adequada, tendo em vista atender um determinado objetivo, será feita com maior segurança; bem como poderá evitar-se ou resolver-se com maior eficácia os problemas resultantes da ruptura do equilíbrio dinâmico existente anteriormente à obra. A questão do movimento dos sedimentos marinhos é extraordinariamente complexa em virtude do número dos parâmetros envolvidos. Comparativamente a previsões similares em rios, os cálculos em Engenharia Costeira tendem a ser de uma ordem de magnitude mais difícil. Os movimentos oscilatórios da água sob as ondas e as várias correntes envolvidas na zona de arrebentação são muito complexos e aumentam bastante as variáveis a considerar, sem pensar no desconhecimento de leis gerais do movimento dos sedimentos, que nem para as correntes unidirecionais foram ainda consolidadas. Além disso, assumem importância nada transcurável os dados geográficos e geológicos de base, como a natureza e a estabilidade dos materiais expostos à ação marinha, os aportes fluviais e, em geral, a morfologia e a estratigrafia da costa. Ao se abordar o movimento dos sedimentos no mar, é necessário distinguir, antes de tudo, as zonas antes e depois da arrebentação, já que as características e a intensidade dos movimentos aluvionares são bastante diferentes. Os movimentos que se produzem antes de a onda arrebentar são, em geral, movimentos de vaivém, relativamente bem definidos e com uma resultante sempre de pequena intensidade. Ao contrário, os movimentos aluvionares produzidos durante e após a arrebentação são extraordinariamente complexos. As quantidades de areias postas em movimento nesta zona são, em geral, muito grandes, resultando importante o seu conhecimento por parte do engenheiro costeiro, pois boa parte das obras costeiras situa-se nesta área. O movimento dos sedimentos na zona de arrebentação realiza-se basicamente em duas direções, resultando em movimentos aluvionares muito diferentes quanto às suas características e consequências.

Introdução

O transporte que se processa na direção mar-costa, nos dois sentidos, isto é, sensivelmente perpendicular (transversal) às batimétricas, é o responsável pelas alterações do perfil da praia como resultado da ação das ondas em ataque frontal. Nesse transporte, o perfil procura adaptar-se às condições climáticas existentes. Se bem que as quantidades de areia movimentadas possam ser surpreendentemente grandes, a resultante anual é praticamente nula e a praia oscila entre duas situações extremas de "bom tempo" e de "mau tempo". O transporte que se processa na direção paralela à praia, ou seja, sensivelmente paralelo Oongitudinal) às batimétricas, é consequência do ataque obliquo das ondas, o que gera na zona de arrebentação uma corrente responsável pelo carreamento de material nesta direção. Trata-se de movimento num só sentido ou, pelo menos, de resultante indicando um sentido predominantemente nítido, do que se conclui que o equilíbrio numa praia sujeita a tal movimento deverá ser forçosamente dinâmico. O rompimento desse equilíbrio poderá vir a causar problemas importantes, quer de assoreamentos indesejáveis, quer de erosões mais ou menos graves. Esse movimento de sedimentos constitui-se no denominado transporte de sedirnentos litorâneo longitudinal. O estudo dos dois transportes é feito separadamente, isto é: ao se estudar o transporte litorâneo, pressupõe-se que o perfil de equilíbrio esteja formado. Mesmo assim, dada a complexidade do escoamento na zona de arrebentação, não se tem aí o transporte de sedimentos completamente definido. Há basicamente duas questões. A primeira é a descrição hidrodinâmica da corrente longitudinal, agente motriz do fenômeno, e a outra é o próprio mecanismo do transporte de sedimentos, ou seja, as leis físicas capazes de descrever o movimento dos grãos sob a ação do escoamento, se por arrastamento ou suspensão, e quais os seus limites. Vários estudos sobre o transporte litorâneo já foram realizados, quer na natureza, quer em laboratório. Existem estudos experimentais que procuram ligar diretamente o volume de material transportado com as características das ondas atuantes, enquanto outros abordam o transporte de sedimentos com base nas características dos agentes transportadores (correntes de arrebentação e ondas). Com esses conhecimentos, o engenheiro costeiro poderá avaliar mais adequadamente a eficiência e o impacto da construção de estruturas, dragagens, engordamento de praias e outras obras realizadas na zona costeira para limitar ou reverter erosões ou deposições. Essas obras, muitas vezes, superpõem-se a um equilíbrio dinâmico da costa, resultando numa nova condição de equilíbrio, que pode ou não ser desejável. Assim, as obras costeiras podem afetar os processos litorâneos por: • •

mudança na taxa e/ou nas características dos sedimentos supridos à costa; ajustamento no nível do fluxo de energia das ondas em direção à costa; diretamente interferindo com o processo de transporte de sedimentos costeiro.

Como exemplos do primeiro caso, podem ser citados: a construção de uma barragem que retenha sedünentos de um rio que desemboca a barlamar de uma costa, e, portanto, prive a costa do aporte de sedimentos; colocação periódica de areia diretamente na praia para engordá-la. Exemplos do segundo e do terceiro casos são, respectivamente: construção de um quebra-mar destacado que intercepta a aproximação das ondas à praia, reduzindo, consequentemente, o transporte de sedimentos ao longo da praia e induzido pelas ondas; construção de um espigão atravessando a zona de arrebentação e interrompendo diretamente as correntes ao longo da praia, que são induzidas pelas ondas, e o transporte de sedimentos.

4

Processos Litorâneos

Para o progresso do conhecimento sobre os processos litorâneos, dispõe-se, por um lado, da Hidrografia, Oceanografia Física, 1V1ineralogia e Sedimentometria; de outro lado, utiliza-se a experimentação em modelo físico ou na natureza, com meios técnicos modernos: 'computadores, traçadores radioativos e aparelhos de medida autônomos do mar. Grande quantidade de dados foi acumulada quanto ao transporte de sedimentos costeiro, mediante investigações de campo e laboratório. Embora os dados sejam úteis nas tentativas de entender os processos litorâneos, os fenômenos são complexos e difíceis de medir, e muito é entendido em senso qualitativo. Portanto, muito esforço ainda é necessário para estudar o mecanismo do movimento dos sedimentos nos processos costeiros.

3.2 ORIGENS E CARACTERÍSTICAS DOS SEDIMENTOS DE PRAIA 3.2.1 Considerações gerais A areia de praia representa o último produto da erosão de rochas cristalinas, produzido por rios ou por geleiras atualmente desaparecidas (origem terrigena), trazido ao mar. É extremamente raro, e praticamente pode-se excluir, que a areia de praia provenha da erosão direta das costas atuais (as quais produzem apenas blocos, seixos e lodo) ou mesmo da progressiva abrasão dos seixos. A areia de praia também pode ser proveniente da destruição de bancos conchíferos ou de coral pela abrasão produzida pelas ondas ou pela ação perfurante de certos micro-organismos. Provém de rios ou geleiras atuais e mesmo de aportes eólicos. A areia é então: • •

calcárea no primeiro caso; silicosa, calcárea, basá1tica ou xistosa no segundo caso.

A maior parte do material sólido é carreada para as áreas marítimas como transporte sólido em suspensão, existindo também pequena carga sólida proveniente do transporte por arrastamento de fundo. A Fig. 3.1 evidencia a distribuição do aporte sedimentar ao longo das margens oceânicas. A Fig. 3.2 mostra a estimativa de transferência anual de sedimentos para os oceanos. A ação continuada das ondas reduz os elementos não-silicosos, pois os grãos de quartzo são quimicamente os mais estáveis e mecanicamente mais resistentes. Assim, a areia de praia é composta predominantemente de grãos de sfiica com fragmentos de minerais pesados. O período simplesmente histórico em que vivemos não é de forma nenhuma suficiente, em relação à escala das grandes eras geológicas, para a produção dos grandes depósitos atuais de areia, que resultaram da erosão massiva de rochas cristalinas em eras geológicas passadas.

t3.5

Origens e Características dos Sedimentos de Praia

oI '

25

1 50° I

120° I

90° I

60° I

30° W I

O° I

30° E I

60° I

90° I

120° I

150° E I

Figura 3.1 A média anual de aporte de descarga de sedimentos em suspensão das maiores bacias de drenagem do mundo. Os valores correspondem a cifras de 109 toneladas/ano. A descarga de sedimentos é proporcional à largura das setas. As linhas divisórias são as fronteiras das principais bacias de drenagem. Figura 3.2 Transferência anual de materiais sedimentares para os oceanos em cifras,de 109 toneladas por ano. Os números entre. parêntesis referem-se ao material dissolvido.

, Erupções yulcânicas 0,15

11' Aerossóis (0,26) A40irneintoS'

nicos 03003: 1,4 Si02: 0,49

Água subterrânea ( Qd)

Cada quantidade dessas possui utilidades na Engenharia: Qg é usada na previsão de taxas de sedimentação em embocaduras lagunares e fornece um limite superior para as outras quantidades; Qs permite prever erosões de praias numa costa aberta; Q, e Qd são usadas no projeto de molhes.

t8,2

Processos Litorâneos

As vazões do transporte de sedimentos litorâneo longitudinal são usualmente fornecidas em unidades de volume por tempo. Assim, usam-se unidades como m3/s, m3klia ou m3/ano. A determinação da vazão do transporte de sedimentos litorâneo longitudinal é um dos problemas básicos da Engenharia Costeira, e a derivação de expressões que se conseguiu até hoje ainda não permitiu alcançar o pleno equacionamento do fenômeno. Assim, o conhecimento atual do movimento dos sedimentos não está suficientemente desenvolvido para o estabelecimento de uma formulação genérica. No entanto, conhecem-se soluções analiticas obtidas por meios experimentais (ensaios em laboratório e observações na natureza) e por meios teóricos, que permitem estimar as vazões sólidas. A evolução dos métodos de cálculo da vazão do transporte litorâneo inicia-se na década de 1930, e principalmente após a Segunda Guerra Mundial. Desde então, muitas formulações surgiram, muitas empíricas, baseadas somente no fluxo de energia e na pura proporcionalidade com a vazão sólida. Outras, fundamentadas na conservação da quantidade de movimento, ou então criadas a partir de análises dimensionais. Algumas fórmulas tentam modelar a física do processo com um enfoque microscópico, a ponto de chegarem aos esforços de cisalhamento desencadeados pelos agentes hidroclinâmicos. Os parâmetros de interesse dessas fórmulas, além dos habituais que são rumo, altura e período das ondas, são os mais diversos, podendose citar, por exemplo, tipo de arrebentação, fatores de forma da onda, dados do sedimento e da água, declividade do perfil e sua rugosidade, entre outros. Verifica:-se que essas expressões que demandam muitos parâmetros e detalhes do transporte de sedimentos apresentam dificuldades para sua utilização: são necessárias medições e estimativas muito confiáveis, além de extensas e simultâneas. Normalmente, são muito sensíveis aos parâmetros intervenientes; dessa forma, a exigência de estimar ou medir faz com que muitas das vantagens de tais formulações desapareçam com relação às formulações macroscópicas, como as baseadas no princípio do fluxo da energia, tornando, na prática, essas últimas mais úteis. Quando se discutem as fórmulas que calculam o transporte de sedimentos litorâneo longitudinal, deve-se saber que, devido à grande complexidade do fenômeno que gera o transporte e à variabilidade e aleatoriedade dos parâmetros envolvidos, a precisão, mesmo a níveis de confiança elevados, é invariavehnente baixa. Ainda hoje esses métodos encontram-se em desenvolvimento, com numerosos problemas a serem resolvidos, incluindo a precisão dos levantamentos hidrográficos, a limitada extensão de área hidrografada, a precisão na avaliação da energia das ondas e a influência da dimensão dos grãos na vazão. Entretanto, constituem-se em métodos úteis para cálculos preliminares e comparativos. Como mencionado, existem métodos que procuram estimar a vazão do transporte litorâneo a partir das tensões de cisalhamento desencadeadas pelos agentes hidrodinâmicos (ondas e correntes). Trata-se de uma outra linha de aproximação do fenômeno que tenta modelar a física do processo de modo mais detalhado (microscopicamente) do que a aproximação do fluxo de energia (tratamento macroscópico). Mas essa segunda aproximação requer um conhecimento detalhado ou a adoção de valores dos parâmetros físicos, como conformações de fundo, tensões de cisalhamento combinadas de ondas e correntes etc. Assim, a necessidade de estimar ou medir muitos parâmetros intervenientes faz desaparecer muitas das vantagens das formula-

Análise Quantitativa do Processo de Transporte Litorâneo

ções mais detalhadas, e toma mais úteis as expressões globais, como as fundamentadas no princípio do fluxo de energia. De fato, com relação às calibrações dos modelos propostos pelas fórmulas, se os dados são obtidos por estimativas de deposição do transporte de sedimentos, como o assoreamento junto a estruturas, armadilhas de sedimentos, crescimento de restingas e outras formações costeiras, os detalhes do transporte de sedimentos são perdidos e tudo que pode ser efetivamente calibrado apropriadamente são expressões relacionadas ao fluxo de energia. Com relação ao uso real das expressões, verifica-se que as expressões relacionadas com as tensões de cisalhamento são muito sensíveis a parâmetros detalhados, como certas combinações de declividades de praia e dimensões dos grãos. Também em modelos de morfologia costeira, as vazões do transporte sólido devem ser calculadas várias vezes e requerem uma expressão simples e estável para fornecer uma expressão flexível aos tempos de processamento de computadores. Fórmula de Kamphuis (1991) A vazão de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal é função de uma combinação dos parâmetros da onda incidente, do fluido, do sedimento e da forma do perfil praial, cujos efeitos são inter-relacionados. A solução encontrada por Kamphuis para simplificar essa análise foi usar propriedades adimensionais desse grande número de parâmetros. Esta expressão representa um dos avanços mais recentes das formulações baseadas no fluxo de energia das ondas na arrebentação para o cálculo da vazão do transporte litorâneo. Fundamenta-se em dados de laboratório e de campo com as seguintes características: Q, = 6,4 . 104 H s2bT1,5mo,75D5-8,25 _sen0,6(2ab) em m3/ano (unid. S.I.) Portanto, consideram-se as características da onda significativa na arrebentação e a teoria linear das ondas. Schoonees e Theron (1994) testaram 52 fórmulas com dados coletados nos mais variados locais do mundo, que resultaram em uma enorme quantidade de dados, dos quais 273 pontos quantificavam vazões de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal, o que é considerável. Pela comparação de vazões preditas e medidas, a fórmula de Kamphuis (1991) foi identificada como a que universalmente melhor estima as vazões de transporte de sedimentos. Schoonees (1996), em função do seu extenso banco de dados, fez a recalibração da fórmula de Kamphuis (1991), resultando em uma melhora significativa, provavelmente devida à utilização somente de dados de campo. Dados de laboratório usualmente contêm efeitos de escala ou utilizam ondas regulares apenas. A fórmula recalibrada proposta foi: Qs

= 9,9 . 104 . H2

' Tp1'5 • MP'75 • N'25 • Se 11--°'6

(2ab) (m3/ano)

Depois da recalibração feita por Schoonees em 1996 com um extenso banco de dados de campo, a fórmula de Kamphuis pode ser considerada como o melhor do estado da arte atual das fórmulas de transporte de sedimentos litorâneo longitudinal, observando-se que ela considera a ação de ondas reais por meio de Hsb e Tp. Na Tab. 3.2 apresenta-se a estimativa das vazões do transporte de sedimentos litorâneo longitudinal calculadas para os compartimentos Suarão e Cibratel em Itanhaém (SP).

45'3

t84

Processos Litorâneos

TABELA 3.2 Vazões do transporte de sedimentos litorâneo longitudinal calculadas para os compartimentos Suarão e Cibratel .

Fórmula de

Transporte de sedimentos litorãneo longitudinal (m3/ano) Compartimento Suarão

Compartimento Cibratel

Global

Resultante

Global

Resultante

Kamphuis (1991)

389.000

353.000

400.000

352.000

Kamphuis aprimorada (1996)

602.000

547.000

618.000

545.000

HIDRÁULICA ESTUARINA

4.1 DESCRIÇÃO GERAL DAS EMBOCADURAS MARÍTIMAS 4.1.1 Definição generalizada de estuário e a importância do seu estudo 4.1.1.1 Definição clássica de estuário

A defmição clássica de estuário pode ser considerada a proposta por Cameron e Pritchard (1963, apud Kjerfve, 1985), os quais conceituaram estuário como um corpo d'água costeiro: • • • •

semifechado; que possui livre conexão com o mar aberto; com salinidade (Too ou g/L) mensuravelmente diluída pela água doce oriunda da drenagem hidrográfica; com dimensões menores do que mares fechados.

Na prática, essa defmição muito restritiva pode abranger funcionalmente: • • •

baías sujeitas a marés; trechos fluviais sujeitos a marés; trechos costeiros sujeitos a vazões fluviais.

4.1.1.2 Importância de estudar águas estuarinas

As águas estuarinas constituem-se em áreas de grande importância socioeconômica e ambiental, e seu gerenciamento deve estar embasado nos princípios do desenvolvimento sustentável.

457é'

Hidráulica Estuarina

Os estuários e seu entorno apresentam-se com uma, ou normalmente várias, das seguintes características: • • • • • •

grande densidade populacional; áreas portuárias e de navegação; áreas de segurança naval; abundância de recursos pesqueiros; áreas de diluição de efluentes domésticos e/ou industriais; áreas de recreação e lazer.

Desta sucinta caracterização, evidenciam-se os múltiplos usos dos recursos hídricos e sua situação conflitiva nas áreas estuarinas. 4.1.1.3 Características das zonas referentes à definição funcional de estuário

No âmbito da definição funcional de estuário apresentada no item 4.1.1, pode-se apresentar uma subdivisão de zonas do estuá,rio (ver Fig. 4.1), como a seguir relacionado:

Figura 4.1 Definição funcional de estuário.

s = 0,12%0 Zona flúvio-maritima até centenas km: f (forma do estuário, maré e vazão de água doce) s = 1%0

Zona fluvial

• • • •

..........

t\ Correntes de maré .1 alternativas

Zona de mistura estuarina (s = 1 a 35%0) Zona de turbidez máxima (s = 4 a 8%0) floculação de argilas e siltes do ts (transporte de sedimentos) fluvial: f (maré e vazão de água doce)

X

/ / i

Delta de maré enchente 1\4

%

Zona ao largo (offshore) Turbidez mínima x

y.

■

,,à.

%

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Delta de -' ' maré vazante ,,

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0

'' \

ec oo

C,vi

...

e, ,

b/ b/ -c /

4'.

Camada limite costeira Proximidade da costa turbidez 100 ppm 1-20 km:f (maré, vazão de água doce, ventos)

x

Embocadura

.........

Pluma .

.....

....

d., \.. c.,.. o: c)!

\o./

c: e)/

O/

Ventos

7-"

Correntes de maré rotatórias (rosa elípticacircular p/ largo)

M7

Descrição Geral das Embocaduras Marítimas

•

Zona fluvial: é caracterizada por escoamento unidirecional, sem influência de maré, com salinidades desprezáveis (abaixo de 0,1%0).

•

Zona flúvio-marítima: é caracterizada por estar sob influência da maré, apresentando escoamento de rumo reversível nos trechos mais rumo ao mar, com salinidades inferiores a 1%0 e extensões dependentes da forma do estuário e da magnitude da maré, podendo atingir de dezenas a centenas de km.

•

Zona de mistura estuarina: constitui-se no estuário propriamente dito, apresentando influência da maré e escoamento reversível, com as seguintes características: o

extensão: trata-se de uma fronteira dinâmica rumo à terra, com salinidade de 1%0, estendendo-se até a embocadura ou foz fluvial;

o

delta de maré vazante: trata-se de um alto fundo de barras arenosas, formadas pelo mecanismo de captura do transporte litorâneo pelo efeito de "molhe hidráulico" e difusão de correntes exercido pela descarga da, embocadura;

o

delta de maré enchente: é um alto fundo arenoso produzido pela captura do transporte litorâneo pelas correntes de enchente;

o

zona de turbidez máxima: região com máxima concentração de sedimentos em suspensão por causa da floculação dos sedimentos finos (argila e silte), situando-se aproximadamente no entorno de salinidades de 4 a 8%o, isto é, dependendo da maré e da vazão de água doce;

o

camada limite costeira: é constituída por águas estuarinas sujeitas a correntes de arrebentação e correntes de maré alternativas com pouca mistura de águas oceânicas, apresentando turbidez de ordem igual ou superior a 100 ppm, sendo a sua porção mais avançada no mar denominada de pluma, e separada da zona ao largo, onde a turbidez é mínima, por uma frente costeira, cujo afastamento da costa (de 1 a 20 km) é função da maré, vazão de água doce e do regime de ventos.

Na Fig. 4.2, apresenta-se o esquema de um estuário típico segundo a definição de Fairbridge, em que as fronteiras estão sujeitas a oscilações de acordo com as estações, o clima e as marés.

Limite extremo de erra de penetração da maré

Zona de mistura de água salgada e doce Água doce dominante, mas sujeita à influência de maré

Estuário superior

Figura 4.2

As fronteiras estão sujeitas a oscilações sazonais

Estuário médio

Influência da água salgada dominante

Baixo estuário

Esquema de um estuário típico segundo a definição de Fairbridge. As fronteiras são zonas de transição que oscilam de acordo com as estações, o clima e as marés.

Mar

Hidráulica Estuarina

4.1.2 Classificação dos estuários São várias as formas de classificar os estuários. Apresentam-se neste item a classificação oriunda das suas características morfogeológicas e a derivada das características de circulação e estratificação. Os estuários são formações geologicamente efêmeras, pois dependem da variação do nível relativo do mar, da eficiência de filtração do aporte sedimentar (retenção dos sedimentos), das obras de Engenharia para controlar a colmatação do estuário visando reduzir a retenção sedimentar e, morfologicamente, do balanço de processos fluviais e marítimos. A maioria dos estuários é geologicamente bastante nova, desenvolvidos desde o último período pós-glacial de subida do nível do mar, inundando linhas de costa e afogando os vales das embocaduras fluviais. Atualmente, estão progressivamente se colmatando com sedimentos. Nas situações em que a descarga sedimentar é alta e há limitada ação das ondas e correntes de maré, então um estuário aberto rapidamente se colmata produzindo o crescimento de um delta rumo ao mar às expensas do estuário. A classificação morfogeológica apresenta três categorias básicas de formações: laguna, estuário e delta. Na ordem citada, cresce o domínio dos processos fluviais de aporte sólido sobre os processos marítimos litorâneos e de marés, e, consequentemente, a granulometria sedimentar se afma. Os estuários, segundo esta classificação, são característicos de regiões onde a variação da maré é relativamente grande e o transporte de sedimentos fluvial não é muito elevado. A maioria dos estuários é constituída de embocaduras sobre bancos cobertos ou descobertos (baixios, alto-fundos, barras ou ilhas), que são formações decorrentes da redução da velocidade e da capacidade de transporte (competência) da circulação de correntes em virtude do alargamento da seção. A geomorfologia de um estuário (forma global) é essencialmente uma condição de fronteira fixada, mas os canais modificados pelo escoamento podem ser considerados como fronteira variável. Cada novo equilíbrio é estabelecido durante anos, de modo que a natureza, a forma e a rugosidade dos fundos não correspondem às condições exatas do momento, mas do conjunto de fenômenos sobrevindos após épocas mais ou menos recuadas. As correntes de maré exercem a contribuição preponderante na geometria do fundo, em razão do transporte aluvionar que promovem. Assim, as características da propagação da maré influem no traçado dos canais, que por seu turno são dominantes na orientação das correntes de enchente e vazante. O escoamento fluvial tem maior importância no trecho flúvio-marítáno, e correntes litorâneas podem ter grande influência ao largo da embocadura. Nas Figs. 4.3 a 4.6, apresentam-se as características de localização do Estuário do Rio Itajaí-Açu (SC), que abriga o principal porto do Estado de Santa Catarina. Na grande cheia de 1983, as fortes velocidades na margem côncava onde se situa o porto levaram as profundidades de —12 m a —18 m, fazendo as estacas-prancha do cais serem solapadas. Na Fig. 4.7 apresentam-se as localizações das duas áreas estuarinas mais importantes do Estado de São Paulo: o Estuário Santista (ver Fig. 4.8), composto do Estuário do Canal da Bertioga (que deságua entre Bertioga, SP, e o Guarujá na Ilha de Santo Amaro, SP), Estuário do Canal do Porto de Santos (ver Fig. 4.9) e Estuário de São Vicente (ver Fig. 4.10), representando uma das áreas estuarinas brasileiras mais importantes em termos socioeconômicos, tendo a montante a área flúvio-marítima do Baixo Rio Cubatão, em que se situa o Polo Petroquímico e Siderúrgico, e com

Descrição Geral das Embocaduras Marítimas

duas de suas embocaduras na Baía de Santos; o Complexo Estuarino-Lagunar de Iguape-Cananeia (ver Fig. 4.11), no sul do Estado, que conforma as embocaduras das barras de Ararapira (entre a ilha de Superagui, PR, e a Ilha do Cardoso em Cananeia, SP), de Cananeia (entre a Ilha do Cardoso e a Ilha Comprida) e a de Icapara

Figura 4.4

Oc. Atlântico

Navegantes

O Estuário do Rio Itajaí-Açu (SC), e suas subdivisões em baixo, médio e alto estuário.

Baixo estuário

R. Ita'ai-Mirim

Figura 4.3 Localização do Estuário do Rio ItajaíAçu (SC).

Médio estuário

R. Luís Alves

Itajaí

Ilhota

Navegantes

-

Espigões Gaspar

Saco da Fazendag

Oceano Atlântico

Alto estuário

10 krn

Blumenau

Figura 4.6 Embocadura do Estuário do Rio Itajaí-Açu (SC) calibrada pelos guias-correntes do porto.

Rio Itajai-Mirim

Rio Itajai-Açu SeITI

Coa

JJ

mo no& moei.

Peruem

loca leaçao do Estuall de Se et, Sio Vicanfe` a eldviartiaritlie'

ZANUAl'I.A7"; 3 agi

Navegantes

O O Ofil

omino-Laguna Iguapa-Cananai

Figura 4.7

Figura 4.5 Baixo Estuário do Rio Itajaí-Açu (SC).

Oceano Atlântico

Localização do Estuário de Santos e São Vicente e da área flúvio-marítima do Baixo Rio Cubatão (SP). Localização do Complexo Estuarino-Lagunar de IguapeCananeia (SP).

Hidráulica Estuarina

Figura 4.8

Rio Mogi

Baía de Santos e Estuário Santista (SP). Rio Piaçaguera Rio Cubatão

Largo da Rio Casqueiro

Santos Rio Santana Baía de Santos

Mar Pequeno

uarujá

Figura 4.9 Estuário do Canal do Porto de Santos (SP). Baía de Santos

Santos

Largo de Santa Rita

argo do Ãaneú

Figura 4.10 Estuário de São Vicente (SP).

Rio Paranhos

R.o Piaçabuçu Mar Pequeno

Figura 4.11 Connplexo Estuarino-Lagunar de IguapeCananeia e Estuário do Rio Ribeira do lguape (SP).

Baia de Trapande Mar de Cubatão Mar Pequeno Ilha de de Cananeia Cananeia

Mar Pequeno de Iguape Rio Ribeira do Iguape Valo Grand

Ilha do Cardoso

Barra de Cananeia

°

Ilha do Bom Abrigo

Oceano Atlântico

Ilha de Iguape Barra de Barra do Icapara Rio Ribeira do Iguape

Descrição Geral das Embocaduras Marítimas

(entre Ilha Comprida e Iguape) e os setores lagunares do Mar Pequeno, Baía de Trapandé e Mar de Cubatão. Os deltas são característicos de regiões onde a ação, da maré e das ondas é moderada ou pequena comparativamente ao aporte de sedimentos fluvial, tornando uma formação estuarina pré-existente completamente colmatada pela incapacidade de dispersão dos aportes sedimentares. Trata-se de uma acumulação costeira de sedimentos fluviais, que se estende tanto acima como abaixo do nível do mar próximo à desembocadura fluvial. Por sua forma lembrando a letra grega delta maiúscula, a formação da desembocadura do Rio Nilo no Mar Mediterrâneo (Egito) deu origem à denominação (ver as Figs. 4.12 e 4.13). Usualmente, os rios formadores possuem uma vasta bacia hidrográfica, que supre grandes vazões liquidas e sólidas. Constituem-se frequentemente em extensas áreas alagadiças de alta produtividade biológica e fertilidade, tornando-as, entre outros motivos, importantes áreas de conservação. São também regiões em que espessas camadas de sedimentos e vegetação acumulam-se rapidamente, sendo, portanto, páleo-deltas importantes fontes de petróleo, gás e carvão.

Figura 4.12 Delta do Rio Nilo (Egito).

As lagunas constituem-se num corpo d'água junto a costa muito plana, separado do largo por um cordão de areia, muitas vezes uma ilha-barreira, com variável número de aberturas. O desenvolvimento desse último resulta da interação entre correntes de maré e correntes litorâneas, associada a características geológicas, localização dos canais lagunares e geometria da laguna. Na Fig. 4.13 se apresenta o trecho costeiro do Delta do Rio São Francisco (SE/AL). A classificação de circulação e estratificação é concernente à estrutura de misturação das águas em função da dinâmica salina. Denominando-se de velocidade residual aquela mediada ao longo de vários ciclos de maré (idealmente, 30 ciclos), verifica-se que, em função do diferente grau de misturação das águas, por causa da maré e descarga de água doce, um mesmo estuário pode ser considerado estratificado (apresentando a chamada cunha salina, como na Fig. 4.14), parcialmente misturado (ver Fig. 2.21), ou bem misturado (ver Fig. 2.23), com diferentes perfis de velocidade residual.

Figura 4.13 Delta do Rio São Francisco (SE/AL).

0,2

Hidráulica Estuarina

Para o mar

Para a terra Água doce

C

Agua salgada

}Cunha salina

[3

35%0 Água doce

Água salgada

Água salgada

Para a terra

Para o mar

-u

+u -

Agua doce

Trecho fluvial

Embocadura 3%0 2R

9%0 4R

3Q t

15%0 6R

8Q t

"I' R

i 46R

12%0 3Q

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27%01OR

Mar 16Q t 410R 1414R

6%0 Água salgada

24%0 7Q

30%0 9Q

Figura 4.14 Representação esquemática da circulação de água, distribuição de salinidade e gradientes de velocidade em estuário com cunha salina. (A)Perfil longitudinal da circulação de água. As setas horizontais indicam a circulação residual. Esta é para o mar na superfície, em virtude da misturação e do escoamento do rio, e para a terra no fundo, por causa da misturação vertical através da interface água do rio/água salgada. (B)Seção longitudinal dos gradientes salinos mostrando acentuada halóclina. (C)Perfil vertical de salinidade na posição indicada pela linha vertical tracejada em (B). (D) Perfil vertical de velocidade ao longo da linha tracejada vertical em (B) (perfil longitudinal) mostrando os escoamentos residuais. (E)Ilustração esquemática dos volumes trocados em segmentos de um estuário e da conservação de volume e sal durante um ciclo completo de maré. Salinidade em %o, eReQ são volumes iguais.

Descrição Geral das Embocaduras Marítimas

4.1.3 Características gerais dos processos estuarinos 4.1.3.1 Propagação da maré A propagação da maré em estuários através das correntes de maré é muito importante pelo transporte de sedimentos que promove, modelando os fundos aluvionares e atuando em toda a profundidade liquida como forçante do transporte de seclimentos em suspensão. É interessante notar que numa área estuarina com diversas embocaduras, como a do Estuário Santista, a onda de maré apresenta zonas de encontro das águas (tombo), em que existe a tendência de redução das correntes de maré e amplificação das alturas de maré, que penetram pelas várias bocas — no exemplo, a zona de interferência das ondas que penetram pela Ponta da Praia e pela Baía de São Vicente situa-se em média no Rio Casqueiro. Assim, o mecanismo de propagação das correntes deve ser adequadamente conhecido para se projetar obras de Engenharia em estuários. As correntes de maré são essencialmente periódicas e de rumo variável, e o vetor velocidade ao longo do período de maré descreve uma rosa de correntes. São ditas alternativas ou reversíveis aquelas que apresentam uma rosa muito achatada, com correntes de enchente e vazante de direções sensivelmente opostas e estofas de corrente com anulação quase que completa da velocidade. São ditas giratórias ou rotativas aquelas que assumem todos os rumos ao longo do ciclo de maré. Na Fig. 2.20 está apresentada uma rosa de correntes de maré, do tipo alternativo axial, para um ponto nas proximidades da Ponta da Madeira na Baía de São Marcos (MA) no dia 12 de dezembro de 1977. As máximas correntes de enchente costumam ocorrer em níveis d'água relativamente altos, situados entre a meia-maré e a preamar, enquanto as máximas correntes de vazante encontram-se em níveis d'água relativamente baixos, entre a meia-maré e a baixa-mar. Assim, as correntes de enchente atuam com considerável uniformidade no estuário, agindo sobre os sedimentos de margens, bancos e canais, depositando-os nas estofas de preamar. Já as correntes de vazante concentram inicialmente a sua atuação rapidamente nos canais, resultando numa grande ação modeladora, pois apresentam maior velocidade pela menor seção transversal de escoamento, e há uma predominância dos canais de vazante sobre os de enchente. As correntes de maré em embocaduras estuarinas são induzidas tanto por marés astronômicas (previsíveis) quanto pela superposição de efeitos climáticos (meteorológicos) à extremidade marítima, por causa da circulação atmosférica. A DHN da Marinha do Brasil tem publicadas cartas de correntes de maré para previsão das velocidades de alguns dos principais portos brasileiros. A progressão dos sistemas frontais pelas regiões Sul e Sudeste do Brasil influencia sobremaneira o regime de marés costeiras pelos efeitos climáticos de pressões e ventos, pois as amplitudes de maré astronômica são inferiores a cerca de 2 m nesta área costeira. O efeito dos ventos nas regiões duníferas perto de embocaduras costeiras nas regiões Sul e Sudeste pode ser tão intenso que o transporte de sedimentos litorâneo e eólico venha a obstruir a embocadura e represar as águas interiores, como ocorreu na Embocadura Lagunar de Tramandaí em duas ressacas, de 31 de dezembro de 1979 a 2 de janeiro de 1980, e de 14 a 19 de junho de 1980, em decorrência das quais ementes de vazante concentradas represadas no sistema lagunar interior solaparam e produziram dano considerável ao cais da Petrobras ali localizado.

04

Hidráulica Estuarina

4.1.3.2 Escoamento fluvial e seus efeitos

A caracterização da distribuição da salinidade no estuário tem repercussões sobre a circulação de correntes, sobre a qualidade das águas e sobre o transporte de sedimentos. O movimento de água doce saindo do estuário para o mar é acompanhado pela entrada de água salgada para o interior do estuário. Essa água salgada deve ser reposta para se obter a conservação de massa. Nesse caso, a mesma quantidade de sais misturados com a água doce, e removidos pela embocadura na unidade de tempo, deve ser reposta por um idêntico influxo de água com sais dissolvidos. Em virtude da densidade ligeiramente menor da água doce, por empuxo esta se move sobre a água salgada para fora do estuário, enquanto essa última move-se rumo à terra próximo ao fundo. Na Fig. 4.14 está esquematizado o efeito de misturação num estuário estratificado. Num estuário, as correntes de densidade têm efeito considerável. De fato, devido à diferença de densidade entre a água salgada na extremidade marítima e a água doce do aporte fluvial, existe um fluxo residual para a terra de água pelo fundo, e um movimento compensatório para o mar próximo à superfície. Esta circulação produz o transporte de sedimentos finos para a terra até um ponto de movimento residual nulo no leito, que se situa pró)dmo ao limite terrestre dos gradientes de densidade, sendo a água predominantemente doce acima desse ponto. Quando as vazões fluviais são altas, essa posição desloca-se para o mar e, ao contrário, quando as vazões fluviais são pequenas, move-se para a terra. Escoamentos estratificados ocorrem em estuários com reduzida ação de maré, isto é, com pequena amplitude de maré ou leitos mais íngremes, e consequentemente pequeno prisma de maré (volume d'água que adentra o estuário entre baixa-mar e preamar), ou podem ocorrer nas marés de quadratura e com baixas vazões em estuários que são, em geral, parcialmente misturados. Por exemplo, no Rio Mississippi (Estados Unidos) foi detectada água salgada no leito a 218 km de sua embocadura na estiagem, sendo a altura de maré de sizígias da ordem de 0,6 m, tendo influência da maré até 426 km da embocadura. Por outro lado, estuários bem misturados ocorrem com maiores marés, como no caso do Rio Mersey (Inglaterra) e do Rio Hooghly (índia), tendo o primeiro influência da maré por 50 km a partir da embocadura, com altura de maré de até 10 m na boca, e o segundo, respectivamente, 300 lun e 5 m. O balanço do transporte de água e sedimentos durante um ciclo de maré é para o mar em todas as profundidades. 4.1.3.3 Processos sedimentológicos

Os processos seclimentológicos relativos ao transporte sólido em estuários são caracterizados pela presença de sedimentos mais finos do que os em geral intervenientes nos processos litorâneos. A areia média e grosseira acumula-se de preferência nos canais bem marcados pelas fortes conentes de maré. As areias misturadas com vasa acumulam-se de preferência ao lado dos canais, enquanto sobre as ilhas ou bancos aumenta a proporção de vasa, quanto mais afastados das zonas de fortes correntes. Em regiões de maior calma, encontra-se de 95 a 99% de material com dimensão inferior a 40 Km. Assim, as bacias e os portos situados em estuários constituem-se em áreas particularmente favoráveis ao envasamento.

Descrição Geral das Embocaduras Marítimas

Não existe propriamente um transporte por arrastamento de fundo, porém pode ser dada essa denominação aos materiais, geralmente mais grosseiros, que as correntes transportam relativamente em bloco junto ao fundo. Essa fração representa pequena porcentagem dos sedimentos transportados (em torno de 10 a 20%), mas são os que mais interessa analisar quanto ao comportamento dos fundos, pois compõem cerca de 90% do leito estuarino. O transporte de sedimentos em suspensão é o principal modo de transporte estuarino, responsável pela movimentação de 75 a 95% da carga sólida total. Os siltes e areias finas são transportados predominantemente por esse mecanismo. Os sólidos mais finos, argila e silte, manifestam características coesivas. Na Fig. 4.15 estão apresentadas as iso-halinas e isoconcentrações de sedlinentos em suspensão no Estuário do Canal do Porto de Santos, cujo padrão dominante é parcialmente misturado.

FIGURA 4.15 (A) iso-halinas (em g/L) no Estuário do Canal do Porto de Santos. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

'Lola IBGE ItT8

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3,10.55 13,19 16.63

15,00 229 U.72

8.659 45— '0.96 11,96

10 20

13,20

6"itn—__

- 12 - 16

Data 30/11/1967 10h

- 24 - 28

Itapema

'',,kãs;Grande

Cota t8GE 1118 - =-711923

Explosivos

Casqueiro

13,49 20,43 27.86 32.37 32,47

--731,61 33,87 34,03

- 12 -16

-24 - 28

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o

Itapema

Torre Grande 2

3

4

5

é

7

13

8

14

16

15

17

18

Legenda: -20- lso-halinas. Concentração salina em g/L

Coto

Cota

Cota

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(m) +0,4 +0,4

+O 4

IBGE

IBGE

IBGE

IBGE -0,4 -0,4

6

12 15 18

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Tempo (h)

-0,4

112 15 18

Torre Grande

Tempo (h)

6

12 5 18

Explosivos

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6

12 5 18

Casqueiro

Tempo (h)

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Hidráulica Estuarina

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Maré enchente

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18h

Horário

Maré vazante

'

0,8

-

0,8

0,9 -

0,9

1,0 -

1,0

1,1 -

1,1

1,2 -

1,2

FIGURA 4.15 (Continuação) (B) Concentrações de sedimentos em suspensão, correntes e maré na Seção Ilha dos Bagres - Explosivos do Canal do Porto de Santos (ver Fig. 4.18). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

4.2 INTRUSÃO SALINA EM ESTUÁRIOS 4.2.1 Descrição da dinâmica da intrusão salina 4.2.1.1 Estratificação em estuários A estratificação salina resulta fundamentalmente das variações de salinidade das águas, usualmente de O a 35 g/L. Quanto à estratificação, os estuários podem ser classificados basicamente em três categorias: •

Estuário em cunha salina, conforme ilustrado na Fig. 4.14, que se apresenta com as seguintes características: o baixa energia da maré; o altamente estratificado, formando-se uma acentuada halóclina;

1F

Intrusão Salina em Estuários

o o

o o

brusca interface entre as duas camadas; a pouca mistura vertical ocorre pela arrebentação das ondas interfaciais que injetam pequenas quantidades de água salgada na camada de água doce superior; a água salgada perdida para a camada superior é reposta por um lento influxo de água marinha para a terra sob a água doce; a posição da cunha salina depende da vazão fluvial, que, quando é baixa, facilita a penetração para a terra da cunha, ocorrendo o oposto com o aumento da vazão.

Desenvolve-se em condições nas quais um rio deságua num mar com maré muito fraca. A água fluvial menos densa flui sobre a superfície da água mais densa, água salgada marinha, a qual, por não haver virtualmente nenhum movimento de corrente de maré, pode ser considerada como uma cunha salina estacionária no tempo que se afunila subindo o rio. •

Estuário parcialmente misturado (ou parcialmente estratificado), conforme ilustrado na Fig. 2.21, com as seguintes características: c) moderada energia da maré, com correntes de maré significativas; o grande circulação de massa na enchente e vazante que, além do atrito na interface interna, produz grande atrito no leito estuarino, gerando turbulência que toma a mistura vertical por difusão turbulenta ainda mais efetiva; o a mistura em dois sentidos, isto é, água salgada misturada na camada superior e água doce na inferior, torna a halóclina menos definida.

Como o escoamento fluvial para o mar é, nesse caso, misturado com uma relativamente alta proporção de água salgada, o escoamento compensatório para a terra é muito maior do que no estuário em cunha salina. Assim, as correntes residuais são tipicamente da ordem de 10% das correntes de maré superpostas. Rumo ao interior do estuário, o movimento residual para a terra do escoamento de água junto ao fundo diminui, enquanto o movimento residual para o mar do escoamento superior aumenta. A profundidade de movimentação nula das águas cresce até coincidir com o leito estuarino, não havendo mais movimento para a terra, definindo-se então o ponto nulo do estuário. Esse ponto desloca-se mais para a terra com marés de sizigia e/ou estiagem fluvial e mais para o mar em quadraturas e/ou cheias fluviais. •

Estuário bem misturado, conforme ilustrado na Fig. 2.23, que se apresenta com as seguintes características: o é um típico comportamento de lagunas costeiras e de estuários largos, rasos, de forma afunilada e com marés de grande altura; o linhas iso-halinas verticais.

Com a mesma vazão de água doce, um estuário pode ser estratificado nas marés de quadratura e bem misturado nas marés de sizígia.

t9(5'

Hidráulica Estuarina

4.2.2 Mecanismo de uma cunha salina estacionária 4.2.2.1 Considerações gerais

A intrusão salina num rio' que se comunica com um mar sem maré em que há uma estabilização da penetração salina pode ser tratada como uma cunha salina estacionária. Keulegan (Ippen, 1966) estudou em laboratório a reprodução do mecanismo de uma cunha salina estacionária, definindo as suas formas características.

4.2.2.2 Características de forma das cunhas salinas

A velocidade densimétrica (VA) é definida como: Vá = KAP/Po)011/2 po: massa específica da água salgada em termos residuais 4: diferença de massas específicas entre a água de fundo e a superficial A partir disso, estabeleceu-se o dunero de Reynolds densimétrico: V h

Re = A sendo: h: profundidade do escoamento v: viscosidade cinemática

4.2.2.3 Estimativa do comprimento de cunhas salinas enn canais largos

A extensão dos resultados de laboratório para canais largos e grandes cursos d'água conduz aos seguintes resultados para a estimativa do comprimento da cunha salina (L0): L (2V -2- = A h Vá

r

0,88

onde A = 2814

V h V

Vh +0,148H

fX

V

sendo V, a velocidade do rio (R/S). Se o número do Reynolds densimétrico for da ordem de 104: Vh A= 0,23H

Se o número do Reynolds densimétrico for da ordem de 107 ou maior, como em um curso d'água, tem-se: h )X A= 6, [-L' -9v

Intrusão Salina em Estuários

4.2.3 Análise de estuários misturados 4.2.3.1 Representação esquemática unidimensional da intrusão salina

Quando o prisma de maré resulta muito maior em relação à vazão de água doce durante um ciclo de maré, o estuário pode vir a ser classificado como bem misturado. Nesse tipo de dinâmica hidráulico-salina, a intrusão não pode ser identificada por uma fronteira definida claramente como uma interface entre água doce e água salgada, como no caso de uma cunha salina. Assim, as salinidades podem ser tratadas como médias ao longo da profundidade. Admite-se definir como bem misturado o estuário em que a variação do valor médio temporal da salinidade é inferior a 50% da superfície para o fundo do canal. Nessas condições, as correntes de maré são muito mais eficazes do que as correntes de densidade.

4.2.3.2 Fundamentos da análise unidimensional de estuários misturados

No tratamento unidimensional simplificado de Ippen (1966), pode-se chegar à equação que define a salinidade para qualquer distância x, medida como positiva a partir da extremidade oceânica para o interior do estuário, e para qualquer instante t da maré, cuja contagem inicia-se a partir do instante de baixa-mar na extremidade oceânica: s(x ,t) so

= exp l

V, (1– cos 0-0) 12} LAT (N x)ex+0 +B 2D0' B h

em que: so: salinidade oceânica D6: coeficiente de difusão aparente B: comprimento em baixa-mar para a máxima salinidade oceânica atingir a extremidade oceânica do estuário ao: amplitude da maré na extremidade oceânica cr: frequência angular da maré h: profundidade média do estuário O termo N é dado pela equação N huo aoa

em que uo é a máxima corrente de maré na extremidadade oceânica do estuário. A estimativa de B é dada pela equação

B —1(1– cosat) em que tB é o instante, contado a partir da baixa-mar, em que se atinge a salinidade oceânica na extremidade oceânica do estuário.

200

Hidráulica Estuarina

4.3 PROCESSOS SEDIMENTOLÓGICOS 4.3.1 Fontes sedimentares 4.3.1.1 Considerações gerais

As fontes sedimentares que contribuem com seu aporte para uma área estuarina podem ser inicialmente subdivididas, quanto à origem imediata, em terra ou no mar. Na extremidade marítima das embocaduras de maré e foz de rios, em geral há gra.ndes depósitos aluvionares resultantes da captação de sedimentos na maré vazante e da atuação do transporte litorâneo. Esses depósitos (ver Fig. 4.1), denominados de delta de maré vazante ou barra fluvial, são constituídos de areias e formam-se pela redução da competência do escoamento em transportar partículas sedimentares, isto é, da capacidade de transporte. Pelas mesmas razões, forma-se do lado interno da embocadura um delta de maré enchente (ver Fig. 4.1). Esses dois corpos arenosos são muito dinâmicos, mudando de posição com frequência, e periodicamente são objeto de dragagem em áreas de importância para a navegação. Os fundos estuarinos internos são constituídos de areias marinhas que penetram pela embocadura através da circulação gravitacional e/ou residual. Frequentemente, formam-se dunas e ondulações de fundo nos canais marcados pelas correntes de maré. Depósitos de lama no interior do estuário indicam a posição média da zona de máxima turbidez; esses depósitos tendem a se compactar nos períodos de quadratura, nos quais as marés são mais fracas, conforme se encontra esquematizado nas Figs. 4.1 e 4.16. A retenção de sedimentos na bacia hidrográfica contribuinte, situação que ocorre com a construção de aproveitamentos de barragens, pode desencadear a erosão costeira, como ocorreu nos rios Nilo (Egito), Ródano (França), Paraíba do Sul (RJ) e São Francisco (SE/AL), trazendo problemas aos assentamentos urbanos que se situem nessa área. Por outro lado, a erosãó rural, motivada por desmatamentos, práticas agrícolas, implantação de loteamentos, aumenta o aporte sedimentar aos estuários, causando problemas para os portos e canais de navegação ali implantados. 4.3.1.2 Descrição das fontes sedimentares

As diversas fontes sedimentares estuarinas devem ser, de modo conveniente, identificadas e quantificadas estimativamente, visando a implantação de projetos de aproveitamento e controle do estuário. Fontes possíveis de sedimentos são: • •

erosão das bacias hidrográficas fluviais; penetração, pela embocadura marítima, de aporte por erosão da plataforma continental ou oriundo do transporte litorâneo;

20t

Processos Sedimentológicos

FIGURA 4.16 A acumulação e o movimento de lama fluida em estuário parcialmente misturado. O corpo lenticular estende-se por distâncias de 1 a 10 km e desloca-se estuário acima ou abaixo por algumas centenas de metros ao longo do ciclo das marés de quadratura e sizigia. Onde (A) é o caso geral, (B) se encontra em maré de quadratura e (C) se encontra em maré de siggia.

• • • •

descargas de efluentes domésticos, industriais e esgotos; erosão eólica de dunas costeiras e bancos descobertos; retomo de material dragado; decomposição ou dejetos de organismos vivos marinhos ou fluviais.

As duas primeiras fontes são as mais importantes, embora especial consideração deva ser dada ao retomo de material dragado, dependendo de sua localização com relação à embocadura. 4.3.1.3 Levantamentos sedimentológicos de apoio

A aplicação de métodos sedimentológicos paralelamente aos levantamentos hidrográficos (relativos a batimetria, ondas, correntes, marés, vazões liquidas e sólidas etc.) ressalta fenômenos que normalmente poderiam passar despercebidos. De fato, os sedimentos depositados no fundo de uma área marítima constituem-se na resultante final de todas as forças, fatores e agentes ocorrentes. Se os sedimentos estão presentes e se sua distribuição se faz segundo determinados padrões ou características, é em consequência direta de todo o complexo de situações e condições atuantes.

20,2

Hidráulica Estuarina

Assim, os levantamentos seclimentológicos de apoio possibilitam a triagem do grande acervo de dados normalmente obtidos pelos métodos hidrográficos, permitindo estabelecer com relativamente poucos dados e em curto prazo o padrão de circulação da área, definir o grau de intensidade e a orientação das correntes, identificar as fontes e os volumes transportados, reconhecer e demarcar as áreas preferenciais de deposição, bem como as mais convenientes para servirem de botafora de dragagens, e também prever as consequências do desequilíbrio hidráulico que obras projetadas produzirão.

Figura 4.17 Distribuição textura! dos sedimentos de fundo do Estuário Santista (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

A distribuição granulométrica dos sedimentos de fundo pode ser apropriadamente apresentada em planta por meio dos diagramas triangulares. De fato, além de permitirem a análise da distribuição espacial dos sedimentos, indicam diretamente sua graduação textural, a grandeza de suas dimensões médias, e o grau de seleção granulométrica. Os desenhos das Figs. 4.17 a 4.19 ilustram casos reais estudados para o Estuário Santista e Canal de São Sebastião. Com base na distribuição das classes texturais, pode-se deduzir a circulação geral nas áreas, como mostrado nas Figs. 4.18 e 4.19.

Porto da Cosipa

Ponta dos Bagres Ilha de Sto. Amaro

0 011111 1111111

m1111111111irP

Escala gráfica 2 km 1

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Para a terra

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Margem Embocadura

2

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Perfil de velocidade na embocadura do distributário

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•:•••••••:: '

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Areia mais fina •

Siltes e argilas

' :.> •••• •

(D) Seção transversal esquemática correspondente a (A), mostrando a misturação turbulenta que ocorre até o leito. Os dois perfis de velocidade mostram a rápida desaceleração do escoamento de água

doce. (E)À medida que a água doce se desacelera, a deposição ocorre rapidamente, bloqueando a embocadura do distributário. A vazão turbulenta, portanto, bifurca-se, isolando uma barra sedimentar entre dois novos canais e seus bancos subaquáticos associados.

Processos Morfológicos

gada é forçada para o largo da barra deltaica. Se a descarga se produz em profundidades moderadas, então a misturação turbulenta se processa em três dimensões e a pluma pode expandir-se tanto verticalmente como lateralmente. Entretanto, devido à expansão em profundidade, a magnitude da exjpansão lateral é reduzida e o ângulo de dispersão é relativamente pequeno. Como a água é profunda, a misturação não ocorre justo em cima do leito, o qual é coberto por uma camada de água marinha não misturada. Existe um escoamento residual nessa Última camada resultante da misturação vertical, movendo-se a água marinha para a terra para repor aquela perdida pela misturação no movimento para o mar da água doce. Entretanto, a tensão de arrastamento com o leito resultante desse escoamento residual não é muito grande. A desaceleração do escoamento de água doce decorre principalmente da misturação turbulenta e é, apesar disso, em geral suficiente para os sedimentos se depositarem. Como a dispersão lateral do escoamento está restrita próximo à desembocadura, o sedimento se distribui, ainda uma vez, sobre uma zona bastante estreita. Muitos rios transportam uma maior proporção de sedimentos de granulometria grosseira, que é depositada geralmente próximo à desembocadura do distributário, alteando o nível do leito marinho. Consequentemente, é mais usual a água doce ser descarregada em água rasa. Nesse caso, existe uma limitação espacial de a pluma expandir-se verticalmente, havendo, portanto, uma maior expansão lateral. A misturação turbulenta ocorrerá até o leito, em razão da alta velocidade e das profundidades rasas. A tensão de arrastamento com o leito imediatamente ao largo da desembocadura do distributário será significativa, pelo fato de o escoamento residual de água ser para o largo, e vigorosamente atingindo o leito, como num estuário bem misturado, significando que uma grande quantidade de sedimentos de granulometria grosseira transportados por arrastamento de fundo é transportada para o largo. A grande expansão lateral e a misturação até o leito conduzem a uma rápida desaceleração do escoamento e consequente deposição da carga transportada por arrastamento de fundo, produzindo-se então um ciclo de interação que reduz ainda mais a profundidade, o que conduz a um aumento da expansão lateral, misturação e desaceleração do escoamento. A sequência desse processo na prática atinge um ajustamento divergente, em que canais bifurcantes estabelecem-se em torno dos depósitos sedhnentares, sendo então o escoamento compartilhado entre canais e, por isso, tanto a misturação vertical como a expansão lateral são reduzidas, bem como a tensão de arrastamento sobre o leito. Esse tipo de delta é caracterizado também como construtivo, pela dominância de fácies fluviais em razão do domínio do rio.

4.4.4.3 Deltas dominados pela maré

Essas formações ocorrem em regiões onde a agitação é limitada e as alturas de maré são geralmente maiores do que 4 m, gerando fortes correntes de maré que têm um maior efeito na misturação das águas fluviais e marinhas e na distribuição de sedimentos. O efeito desse ambiente se assemelha ao de um estuário bem misturado. Assim, a estratificação de densidade não se estabelece e a misturação turbulenta predomina. O escoamento residual é para o mar em todas as profundidades, mas superposto a este ocorre um escoamento para a terra associado à maré enchente e um escoamento para o largo associado à maré vazante, movimentos esses acompanhados pelos sedimentos.

2,2

22,2

Hidráulica Estuarina

Rio Brahmaputra

Os sedimentos fluviais trazidos para os distributários são rapidamente retrabalhados pelas correntes de maré numa série de cristas lineares submersas no âmbito da desembocadura e mais para o largo. Essas formações podem ter vários quilômetros de extensão e' algumas dezenas de metros de largura e até 20 m de altura. À medida que o delta cresce gradualmente rumo ao mar, as cristas arenosas pretéritas ficam expostas acima do nível do mar e são colonizadas por vegetação, formando ilhas lineares. Por serem dominados pela maré, esses deltas apresentam-se com forma tipicamente afunilado.. Entretanto, a descrição apresentada confere ao complexo deltaico uma conformação bastante irregular, conforme ilustrado na Fig. 4.30 para o Delta do Ganges-Brahmaputra (Bangladesh).

Golfo de Bengala

4.4.4.4 Deltas dominados por ondas Figura 4.30

Delta ativo do Ganges-Brahmaputra (Bangladesh), mostrando o delineamento planimétrico em franjas e a forma afunilada dos distributários em suas embocaduras numa condição de delta dominado pela maré.

Quando um rio deságua num mar onde a energia da agitação é alta, tem-se a conformação deltaica dominada pelas ondas, como o Delta do Rio São Francisco ilustrado na Fig. 4.13. O resultado da conformação é muito semelhante àquele que ocorre num estuário quando as ondas se propagam para a terra contra a maré vazante, produzindo redução da celeridade e comprimento e aumento da altura das ondas. Como resultado dessas alterações, as ondas que se aproximam da embocadura estão sujeitas à arrebentação anterior em águas mais profundas do que o normal, o que promove uma extensiva misturação de água marinha e água doce, ocasionando a ruptura da estratificação. Quando uma parte da frente de onda atinge a região mais avançada da pluma, sofre retardamento em relação às partes laterais, e as ondas são refratadas em tomo da pluma, o que reforça ainda mais o processo de misturação. Esta vigorosa misturação das águas marinhas e fluviais conduz a uma rápida desaceleração do escoamento de água doce, e igualmente rápida deposição de sedimentos. Somente a areia muito fina escapa da deposição e é carreada para o mar para ser depositada mais ao largo. Os sedirnentos mais grosseiros são depositados na zona de misturação como uma barra em crescente. Entretanto, a barra é retrabalhada rapidamente pelas ondas e a carga de material por arrastamento de fundo é deslocada mais para a terra pela ação das ondas, e frequentemente forma uma série de barras de arrebentação. A linha de costa de um delta dominado por ondas é caracterizada por praias arenosas e retilineas, tendo usualmente somente uma suave protuberância onde a desembocadura do distributário encontra o mar. Há menos distributários do que nos casos dos deltas dominados por rios e dominados por marés. À medida que o delta cresce para o mar, a planície deltaica passa a ser constituída por um conjunto de praias abandonadas, que se estendem agora acima do nível do mar.

4.4.4.5 Outros tipos de deltas

Frequentemente, mais de um tipo de processos ativos influenciam a forma deltaica, havendo então um espectro de deltas que podem ser considerados como processo formativo intermediário aos três básicos anteriormente descritos.

Processos Morfológicos

4.4.5 Processos morfológicos em embocaduras de maré 4.4.5.1 Considerações gerais

Qualquer embocadura de maré em praias com transporte litorâneo está em equilíbrio dinâmico, pois as condições de escoamento, ondas e transporte litorâneo sofrem contínuas alterações. Assim, as causas de possíveis assoreamentos podem ser: •

Prolongamento do canal ou canais da embocadura para o mar.

•

Depósitos volumosos de transporte litorâneo, particularmente nas tempestades mais severas, por exemplo, na Lagoa Azul, Praia de Massaguaçu em Caraguatatuba (SP) (ver Figs. 3.19 e 3.20).

•

Desdobramento do canal principal em dois ou mais canais, ou formação de um ou mais canais adicionais por causas naturais ou artificiais, sendo exemplo desse último caso a construção do Valo Grande entre o Rio Ribeira do Iguape e o Mar Pequeno (SP) (ver item 4.5.3).

•

Mudanças na área da baía ou laguna, pela construção de barragens, por exemplo, ou pelo crescimento de vegetação.

•

Atenuação da onda de maré por afastamento da condição de ressonância na laguna.

4.4.5.2 Relações empíricas de condições de equilíbrio de regime

São bem conhecidas as relações empíricas, de origem norte-americana, associando as características morfológicas do canal da embocadura ao prisma de maré. A relação proposta por O'Brien (1969) é aplicável a embocaduras arenosas (com ou sem guias-correntes) em equilíbrio dinâmico e maré semidiurna ou com desigualdades diurnas:

S = aiSr' sendo essa equação válida em unidades do sistema inglês, isto é, em pés, e o prisma de maré está baseado na altura da maré de sizígia média. Segundo O'Brien, os coeficientes assumem os seguintes valores médios: ai = 4,69 x 10-4 e mi = 0,85. Jarret (1976, apud Bruun, 1978) reanalisou com mais detalhamento os resultados de O'Brien, conforme apresentado na Fig. 4.31. A estabilidade dinâmica da embocadura, analisada em período representativo de no mínimo um ciclo hidrológico-climático, é caracterizada pelo fato de os elementos envolvidos conseguirem manter situação com mudanças relativamente pequenas na geometria da embocadura, incluindo posição, forma em planta e áreas de seção transversal. Condições extremas de baixa frequência de ocorrência tendem a afastar a embocadura, por um tempo, desse estado. Nessas embocaduras, as forças envolvidas no balanço morfológico são principalmente o transporte litorâneo, que é carreado para a embocadura pelas correntes de enchente para depositar-se nas barras interna ou externa, áreas de deposição e baixios que tendem a entulhar a embocadura; e as correntes de vazante e outras correntes, que tentam varrer esses depósitos para o largo e manter a seção transversal da embocadura.

223

2,2 4

Hidráulica Estuarina

Figura 4.31 Prisma de maré em função da área da seção transversal para embocaduras nas costas dos Estados Unidos.

o"

,6") o_ E(1) 1010 •

E

109

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S = 5,74 x 10-50Q

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/6\ok

c/H ( 150: condições relativamente boas, com pequena barra e bom carreamento. Profundidade de equilíbrio no canal de 6 a 9 m na baixa-mar média de sizígia. Alfreclini (2002) estimou em 150 m e 7,5 m os valores na embocadura do Canal do Porto de Santos (SP).

•

100 < 1//Mtot < 150: condições menos satisfatórias e a formação da barra marítima torna-se mais pronunciada. Profundidade de equilíbrio no canal de 3 a 6 m na baixa-mar média de sizigia. Alfredini (2002) estimou em 133 m e 4 m os valores na embocadura de Cananeia (SP).

•

50 < fi/Mtot < 100: a barra de entrada toma-se grande, mas existe usualmente um canal atravessando-a. Profundidade de equilíbrio no canal de 2 a 3 m na baixa-mar média de sizígia.

•

20 < SIM" < 50: piores situações para a navegação. Embocaduras típicas

de

Estudos de Casos

transpasse de barra. As ondas arrebentam sobre a barra durante as tempestades, mantém-se a embocadura pelas cheias sazonais oriundas das precipitações sobre a laguna. Profundidade de equilíbrio no canal de 1 a 2 m na baixa-mar média de sizigia. Alfredini (2002) estimou em 30 m e 2 m os valores na embocadura de Icapara em Iguape (SP). •

fi/Mtot < 20: trata-se de embocaduras temporárias, que podem inclusive se fechar, como na Praia de Itaúna na embocadura da Lagoa de Saquarema (RJ) anteriormente à fixação. Profundidade de equilíbrio no canal menor que 1 m na baixa-mar média de sizigia. Alfreclini (2002) estimou em 10 me 1 m os valores na embocadura do Rio Itanhaém (SP).

Frequentemente é mais fácil medir S, seção transversal da garganta, do que o prisma de maré. Assim, tem-se: n/Mtot = (Sv T/2 T/2)/Mtot sendo VT/2 a velocidade média no semiciclo da maré. Verifica-se, de um modo geral, que a velocidade média máxima de embocaduras de maré arenosas encontra-se em torno de 1 m/s, enquanto a velocidade média VT/2 situa-se em tomo de 0,71 ou em cerca de 2/3 m/s, com o que se pode estabelecer a seguinte classificação, em unidades do sistema internacional, para condições de marés semidiurnas: •

(2/3) S/Mtot > 0,9 x 10-2: condições de boa estabilidade 0,45 x 10-2 < (2/3) S/Mtot < 0,9 x 10-2: condições de estabilidade moderada (2/3) S/Mtot < 0,45 x 10-2: condições de pobre estabilidade Essa classificação foi baseada em ampla variação de S, entre 100 e 30.000 m2.

4.5 ESTUDOS DE CASOS 4.5.1 Aspectos relativos à dinâmica hidráulico-salina do Baixo Rio Cubatão (SP) 4.5.1.1 Introdução

A Baixada Santista situa-se na planície costeira frontal ao planalto aonde se localiza a região da Grande São Paulo (SP) (ver Figs. 4.7 e 4.8). Essa região concentra parcela considerável da atividade econômica do Brasil, situando-se nela o Porto de Santos, principal porto do país, e o Parque Industrial de Cubatão. A principal bacia hidrográfica que se desenvolve na baixada é a do Rio Cubatão. A Bacia Hidrográfica do Rio Cubatão recebe águas da Bacia do Alto Rio Tietê, situada no planalto, por meio das descargas turbinadas na Usina Hidroelétrica Henry Borden da Emae, que provêm da Represa Billings. Esta última foi implantada prevendo, além da afluência natural, um sistema de reversão das águas do Rio Pinheiros, afluente do Rio Tietê, por meio de duas estações elevatórios. A dinâmica hidráulico-salina na Bacia Hidrográfica do Baixo Rio Cubatão influi diretamente na qualidade da água captada nas tomadas d'água situadas entre a sua foz, no Estuário do Canal do Porto de Santos, e os limites montantes de máxima

22.5'

Hidráulica Estuarina

incursão das águas de origem marítima, bem como dos aquíferos subterrâneos. Particularmente sensíveis ao teor de cloretos da água de origem marítima são os processamentos industriais atualmente utilizados no Polo Industrial de Cubatão e para abastecimento de água potâvel. Atualmente, encontra-se em andamento um generalizado esforço de racionalização, tratamento e reúso da água, que deverão nortear a politica de recursos hídricos na região. Neste estudo, apresentam-se os principais resultados relativos ao comportamento hidráulico-salino do Baixo Rio Cubatão (Alfreclini, 1994, e Alfredini e Gragnani, 1996) em função dos estudos realizados nas décadas de 1980 e 1990, com particular detalhamento das observações feitas no ano hiclrológico 1992/1993.

4.5.1.2 Descrição geral da área de influência deste estudo

O Rio Cubatão deságua através de dois braços no sistema estuarino de Santos, estando sob influência da maré que penetra pela Barra de Santos, que se situa na Baía de Santos (ver Figs. 4.8 e 4.32). A Bacia Hidrográfica do Baixo Rio Cubatão é a principal contribuinte de água doce ao sistema flúvio-marítimo sob influência da Barra de Santos. Quanto à disponibilidade de água subterrânea, as vazões são muito mais reduzidas e as captações são sujeitas à salinização do aquífero com o tempo. Não sendo as vazões naturais regularizadas, deve-se considerar para fins de abastecimento as vazões mínimas fluviais, que são bastante insuficientes, mesmo com captações em outras bacias próximas. O balanço hídrico apresentado em 1993 evidenciava que, além do problema de contenção da intrusão salina proveniente do Estuário do Canal do Porto, existia um enorme déficit hídrico no abastecimento, sendo que 12,35 m3/s de água eram retirados dos rios e não retomavam a eles. Para suprir esse déficit havia necessidade, por um lado, da importação de água e, por outro lado, de um esforço efetivo

Figura 4.32 Bacia Hidrográfica do Baixo Rio Cubatão (SP).

Captação, da --Rosipa

Rio Perequê Usina Hidroelétrica Henry Borden Rio Cubatão— Eletropaulo

argo de Cubatã

Largo do Canetj

Rio Cascalho São Vicente

Estudos de Casos

de racionalização do consumo de água. O déficit foi historicamente suprido pelas vazões turbinadas na Usina Henry Borden, da Light, sucedida pela Eletropaulo e pela atual Emae, provenientes do Reservatório Billings. As descargas provenientes do canal de fuga da Usina Henry Borden deságuam no Rio Cubatão a cerca de 1 km a montante da barragem móvel da Refinaria Presidente Bernardes da Petrobras, representando esta soleira o limite da influência marítima no Rio Cubatão, e situando-se a cerca de 2 km a montante da confluência do Rio Perequê, último afluente antes de o rio atingir o braço ocidental da foz (ver Fig. 4.32). O braço oriental recebe as águas do Rio Piaçaguera e do Mogi, sendo que, em virtude de a vazão natural do Rio Mogi ser insuficiente para satisfazer à demanda da Companhia Siderúrgica Paulista-Cosipa, o bombeamento d'água da Cosipa inverte o sentido de escoamento do Rio Piaçaguera, e nesse processo as águas do braço oriental penetram para montante (ver Fig. 4.32). 4.5.1.3 O controle das intrusões salinas com as descargas da Usina Henry Borden Com o crescimento da demanda de água na região do Baixo Rio Cubatão nas últimas duas décadas do século XX, o problema da qualidade e quantidade do recurso hídrico foi se tomando cada vez mais crítico. Foram realizados vários estudos para tentar solucionar, ou pelo menos mitigar, o problema representado pelos elevados teores de cloretos associados à intrusão da cunha salina. A concentração máxima admissivel desses últimos depende do uso que se dá à água. Assim, por exemplo, no processo industrial: para fins siderúrgicos o limite máximo recomendável é de 170 ppm; para a produção de indústrias químicas, que usam a água como matéria-prima e não apenas para resfriamento, esses limites são variáveis, como no caso da Carbocloro, que é de 200 ppm; e para potabilidade o limiar está em tomo de 250 ppm. É oportuno lembrar que o Rio Cubatão a montante da barragem da Petrobras, onde se situa a estação de tratamento de água para abastecimento urbano, tem teores de cloretos residuais de 30 a 60 ppm, considerados normais. Lembra-se que o teor de cloretos presentes na água do mar corresponde a cerca de 55% da salinidade, proporção que diminui com o maior aporte de água doce. As vazões descarregadas na Usina Henry Borden constituíram-se historicamente no controle predominante do fenômeno de intrusão salina, representando medida operacional de frenagem das vazões de origem marítima trazidas pelas marés de enchente, uma vez que a geração de energia proporcionou sempre a disponibilidade de vazões amplamente superiores ao déficit hídrico, permitindo inclusive mitigar os problemas de intrusão salina no Baixo Rio Cubatão. Dados econômicos da geração, fornecidos pela Eletropaulo em 1993, indicavam que o sistema por ela operado tinha seu ponto ótimo para vazões turbinadas superiores a 60 m3/s, o que nem sempre se verificou, por contingências hidrológicas, ambientais ou políticas. 4.5.1.4 Comportamento hidráulico-salino do Baixo Rio Cubatão A misturação da água salgada do Estuário do Canal do Porto com a água doce afluente do Baixo Rio Cubatão tem característica extremamente variável no espaço e no tempo em função de:

22 7

228

Hidráulica Estuarina

•

• • • • • •

oscilação do nível de água no estuário por causa das marés astronômicas, que são periódicas e bem definidas, e das chamadas "marés meteorológicas", geradas pelas mudanças de pressões barométricas e ventos associados atuando na massa oceânica. As ptimeiras são deterministicamente previsíveis, enquanto as últimas são abordadas probabilisticamente pelo caráter aleatório; vazões fluviais com valores influenciados pelas vazões descarregadas na Usina Henry Borden; correntes induzidas pela maré e pela diferença de densidade da água; propagação da onda de maré desde a Baía de Santos pelos canais estuarinos; propagação das vazões fluviais; geometria dos canais; precipitações pluviométricas sobre a bacia hidrográfica contribuindo para um maior poder de diluição das águas pelo aumento das vazões dos rios e contribuição direta no estuário.

A capacidade de renovação das águas pelo braço ocidental do Rio Cubatão é maior do que pelo braço oriental, isto é: tanto a penetração como a expulsão da cunha salina são mais rápidas no primeiro, que apresenta menor resistência ao escoamento. Devido à posição geográfica, as principais e mais frequentes perturbações meteorológicas que alteram as condições oceanográficas locais são as frentes frias, que produzem em sua passagem sensível alteração dos níveis do mar, influenciando o comportamento hidráulico-salino estuarino com condições para um maior ou menor armazenamento dos volumes líquidos, isto é, aumento ou redução dos teores de cloretos durante vários ciclos de maré em razão das trocas entre a camada d'água inferior, de maior salinidade, e a superior. Existe uma tendência de circulação atmosférica com predominância de ventos do quadrante sul (SW, S, SE) no período de abril a outubro, e dos ventos do quadrante sudeste (S, SE, E) no período de novembro a março, caracterizando condições típicas de inverno e verão, respectivamente. A maré em Santos pode ser classificada como semidiurna mista, com desigualdades diurnas. Esta irregularidade é reforçada pelo efeito meteorológico. A previsão da maré, filtrada das influências climático-hidrológicas, é fornecida pelas Tábuas das Marés da Marinha do Brasil. Assim, a maré na Baía de Santos, sendo a superposição de uma maré astronômica complexa e de um fenômeno meteorológico de grande período (em média, no período de inverno a incidência de passagem de frentes frias fortes é de uma a duas por semana), não pode ser inteiramente previsível, em razão do caráter aleatório das perturbações meteorológicas. A maré astronômica na Baía de Santos tem amplitude normal de 1,5 m nas sizígias médias, podendo atingir 2 m em marés excepcionais. Os efeitos meteorológicos chegam ter duração de alguns dias, podendo produzir significativos deslocamentos do nível do mar. Assim, já foram observadas sobrelevações de até 1 m ou rebaixamento de 0,5 m na maré prevista. Os rios da vertente marítima da Serra do Mar caracterizam-se morfologicamente por apresentarem declividades extremas, que, associadas à sua pequena área de drenagem e à alta pluviosidade regional, resultam, como decorrência dos curtos tempos de concentração, em regimes de escoamento de características torrenciais, com ondas de cheia de curta duração e grande amplitude. Assim, na estiagem, a

Estudos de Casos

vazão natural do Rio Cubatão é da ordem de 5 m3/s, podendo baixar a 1,4 m3/s em condições excepcionais, ou subir a 500-600 m3/s em cheias esporádicas. Na época de chuvas (de novembro a maio), as vazões normais são de 7 m3/s, podendo atingir picos de 1.000 m3/s. Da mesma forma, no Rio Mogi a vazão básica de estiagem é de 1 a 1,5 m3/s e cheias bruscas podem atingir máximos de 600 m3/s. Do ponto de vista hidráulico-salino, o Estuário do Canal do Porto pode ser considerado homogêneo lateralmente, e de parcialmente misturado a moderadamente estratificado verticalmente para qualquer tipo de maré e para qualquer valor de descarga fluvial, tendendo à estratificação das bocas para as cabeceiras. Durante as marés enchentes ou por ocasião da passagem das frentes frias, a água salgada oceânica, mais densa, penetra no estuário pela Barra de Santos, em direção às cabeceiras, por baixo da camada de água doce que escoa permanentemente para jusante em direção ao oceano, constituindo a intrusão salina. A principal captação de água situada no trecho sob influência do braço oriental do Rio Cubatão é a captação de água industrial da Cosipa, situada num trecho de antigo meandro do Rio Mogi, a cerca de 7Icm do canal de fuga da Usina Henry Borden (ver Fig. 4.32). Aqui, constata-se um caráter oscilatório nos teores de cloretos, devido à ação das marés em suas fases enchente e vazante, produzindo incremento e redução, respectivamente. Verifica-se que a permanência do nível médio da água em cotas elevadas propicia ao sistema condições favoráveis para o avanço da cunha salina, principalmente em marés de quadratura. A ocorrência de chuvas na bacia contribuinte ao Rio Mogi tem efeito favorável na redução dos teores de cloretos nesta. região. Nas marés de siágia há uma maior renovação das águas, reduzindo-se os efeitos da intrusão salina, por conta das ações mais intensas de enchente e vazante da maré; enquanto nas marés de quadratura as águas salobras têm maior possibilidade de penetração devido praticamente à estabilidade do nível d'água. Em condições propícias, como marés de quadratura com nível médio elevado do mar, persistente ausência de chuvas na bacia e baixas vazões naturais ou provindas da Usina Henry Borden, a camada superficial da coluna d'água é gradualmente salinizada, produzindo a contaminação completa e persistente do sistema. Os teores de cloretos no trecho sob influência do braço ocidental do Rio Cubatão podem ser caracterizados pelos dados obtidos na tomada d'água industrial da Carbocloro, localizada na margem esquerda do Rio Cubatão, junto à confluência com o Rio Perequê (ver Fig. 4.32). A onda de maré apresenta períodos de enchente mais rápidos do que os de vazante. As velocidades das correntes são em geral muito reduzidas, mesmo para elevadas vazões turbinadas na Usina Henry Borden, em razão da baixa declividade do álveo, e as operações da barragem móvel da Petrobras podem influenciar na propagação das vazões em função dos transientes hidráulicos que podem produzir num curto período. Com grandes descargas na Usina Henry Borden, pode-se ter todo o trecho com escoamento apenas de vazante mesmo com a ocorrência de fortes marés, o que produz um recuo progressivo da intrusão salina do trecho fluvial. Neste trecho as estofas de corrente ocorrem cerca de 2 h defasadas com relação às preamares e baixa-mares locais. Também aqui se observa que as marés mais favoráveis à intrusão salina são as de quadratura, particularmente as com fortes irregularidades (estofa prolongada), sobretudo quando da elevação do nível médio do mar por motivos meteorológicos, pois não há a expulsão da cunha salina na vazante, a menos que aconteça uma forte vazão afluente de água doce, penetrando-a ciclicamente rio acima. Os eventos de intrusões salinas mais agudos ocorrem entre a preamar e a estofa de corrente locais.

2,30

Hidráulica Estuarina

Uma vez que a cunha salina apresenta intrusões profundas no Rio Cubatão, há uma maior dificuldade na sua expulsão, verificarido-se que a cunha permanece mesmo após um considerável aumento de vazão e da inversão do sentido da corrente fluvial, mantendo-se o teor de cloretos elevado por vários ciclos de maré. 4.5.1.5 Apresentação dos resultados do estudo

Visando verificar a influência dos diversos fatores intervenientes, foram coletados e analisados vários dados relativos à dinâmica hidráulico-salina do Baixo Rio Cubatão: fotos de satélite meteorológico e cartas sinóticas relativas aos períodos das mais significativas intrusões salinas do intervalo 1992/1993; previsões das Tábuas das Marés; níveis d'água registrados no marégrafo da Ilha Barnabé da Codesp; níveis d'água na tomada d'água da Cosipa; alturas pluviométricas nos postos DAEE — Departamento de Águas e Energia Elétrica — E3-037 Paranapiacaba, representativo da região das cabeceiras do Rio Mogi, e DAEE E3-143 Cota 400, representativo do curso médio do Rio Cubatão; níveis d'água registrados no posto telefluviométrico do DAEE no Rio Mogi; vazões turbinadas na Usina Henry Borden da Emae; teores de cloretos junto ao fundo dos canais das tomadas d'água industrial da Cosipa e Carbocloro. 4.5.1.6 Análise e considerações finais

A análise de longo período permitiu evidenciar a efetiva influência das vazões descarregadas pela Usina Henry Borden sobre a intrusão salina no Baixo Rio Cubatão. De fato, no período de 1983 a 1984, quando as vazões médias mensais turbinadas ficaram vários meses abaixo de 60 m3/s, houve um recrudescimento nas intrusões. No período posterior até março de 1992, todas as vazões médias mensais foram superiores a 59 m3/s, não se registrando maiores problemas nas captações d'água do Baixo Rio Cubatão, observando-se também influências hidrológicas maiores ou menores em função da maior ou menor precipitação pluviométrica. Finalmente, os últimos anos foram os mais críticos em função da redução das vazões turbinadas, particularmente a partir de junho de 1993. A observação mostra claramente que a área mais cronicamente afetada pela intrusão salina é a influenciada pelo braço oriental do Rio Cubatão, onde os teores de cloretos permanecem por muito mais tempo elevados — embora os eventos mais agudos ocorram na área influenciada pelo braço ocidental, onde também a resposta do sistema a aumentos da vazão é mais rápida. A avaliação das condições meteorológicas evidencia claramente a influência da passagem de perturbações meteorológicas. A análise dos dados de marés relativos a níveis d'água máximos e mínimos evidencia que as diferenças entre os dados dos marégrafos e os das Tábuas de Marés indicam que: as sobrelevações dos níveis máximos são maiores do que os rebaixamentos dos níveis mínimos, o que mostra que as marés meteorológicas positivas são dominantes. Esse empilhamento da maré é mais intenso nos meses de inverno e é menor no verão, fator que é importante condicionador da dinâmica hidráulicosalina no Ba.ixo Rio Cubatão. Quanto à análise do período anual entre junho de 1992 e maio de 1993, pode-se constatar que: • Os meses de intrusão salina mais acentuada foram junho e julho de 1992 e maio de 1993.

Estudos de Casos

• •

•

As vazões turbinadas mais frequentes situaram-se no intervalo de 45 a 50 m3/s. No período as chuvas podem ser consideradas dentro da média histórica para a Bacia do Rio Mogi e cerca de 10% acima desta para a Bacia do Rio Cubatão. Comparando-se os dados de teores de cloretos cbm os de precipitações, observa-se que os meses com maiores teores correspondem aos mais secos. Os meses em que são mais observados níveis médios acima dos normais são os de julho e agosto de 1992 e abril e maio de 1993.

Quanto às comparações dos períodos selecionados, podem ser feitas as seguintes considerações: • Os teores de cloretos foram consideravelmente maiores nos períodos com efeito meteorológico. • As vazões turbinadas nos períodos com efeito meteorológico são ligeiramente inferiores às correspondentes sem efeito meteorológico. • Nos períodos com efeito meteorológico, sempre foram registradas precipitações significativas pelo menos num dos postos de referência, enquanto nas situações sem efeito meteorológico somente ocorreu uma altura pluviométrica significativa. • Os níveis médios no estuário foram majorados em média em tomo de 40 cm, com relação aos normais de longo termo, nos períodos com efeito meteorológico, o que, por consequência, é acompanhado pelas marés extremas.

Comparando-se os períodos sem efeito meteorológico, verifica-se que nas marés de quadratura a intrusão é mais acentuada, mesmo com maiores vazões turbinadas. Pode-se concluir que as vazões médias turbinadas do porte das descarregadas no período, entre 40 e 60 m3/s, não são suficientes para deter a incidência frequente de intrusões salinas num ano de média pluviosidade. As observações das marés no período permitem concluir que a maior penetração salina ocorre nas situações com níveis médios mais elevados. As comparações entre os períodos de marés com efeito meteorológico positivo e sem esse efeito mostraram que a intrusão é sensivelmente maior quando ele ocorre, a despeito de precipitações. Nas marés de quadratura, a intrusão é mais acentuada comparativamente às sizígias.

4.5.2 Modelo analítico para vazão de barreira hidráulica no Rio Cubatão (SP) 4.5.2.1 Introdução

Desenvolveu-se uma pesquisa (Cardoso e Alfredini, 1998) fazendo-se um balanço anual utilizando a aproximação de cunha salina estacionária com a metodologia proposta por Keulegan (Ippen, 1966). Os cálculos foram efetuados para dados de marés observados no Porto de Santos, e marés de previsão harmônica, obtendo-se as vazões diárias de água doce necessárias para barrar o avanço da cunha salina pelo trecho fluvial do Rio Cubatão.

,23,2

Hidráulica Estuarina

4.5.2.2 Dados utilizados

No desenvolvimento deste estudo, foram utilizados os dados de marés envolvendo o período de junho de 1992 a maio de 1993, em que as vazões turbinadas nas Usinas Henry Borden seguiram uma regra operacional aproximadamente constante, de modo que as descargas mantiveram-se em torno de 50 m3/s e as precipitações pluviométricas ficaram em valores em torno de médias históricas (Alfreclini e Gragnani, 1996), o que permitiu analisar o teor de cloretos nas águas do Rio Cubatão como função dos eventos intrusivos através dos níveis das marés. Além dos dados de marés para a obtenção das vazões e volumes de água doce necessários para barrar a intrusão da cunha salina, também são necessárias as massas especfficas das camadas superior (ps de água doce) e inferior (pf de água salgada), considerando-se os seguintes valores médios para as condições de sizígia e quadratura: para o braço oriental IN = 1,000 g/cm3 e pf= 1,009 g/cm3, e para o braço ocidental ps = 1,001 g/cm3 e pf = 1,006 g/cm3. As dimensões geométricas médias utilizadas para os cálculos da barreira hidráulica à cunha salina nos pontos A e B foram: profundidade de 4 m para ambos os braços e comprimento e largura de 5.000 e 50 m (braço oriental) e 4.000 e 40 m (braço ocidental), respectivamente.

4.5.2.3 Teoria utilizada

Na posição de cunha estacionária, não há escoamento resultante, pois a vazão de água salgada Qf é equilibrada pela vazão de água doce Qs, segundo Keulegan (Ippen, 1966). Na Fig. 4.33 está apresentada graficamente a relação entre a vazão média disponível e a do modelo de Keulegan em função do índice de cloretos para cinco classes de variação de teores, que traduzem diferenciadas condições de intrusão salina em termos de impacto sobre as operações industriais de uma usina siderúrgica como a Cosipa:

Figura 4.33 Relação entre as vazões médias do modelo de Keulegan e vazão natural disponível na bacia do Rio Cubatão x Classe de cloretos na tomada d'água da Cosipa para o período de junho de 1992 a maio de 1993. (Santos e Alfredini, 2002)

abaixo de 200 ppm: condições ideais (A); de 200 a 500 ppm: operação com auxfiio eficiente de unidade desmineralizadora (B);

0,80 Parãmetro de re laç ão

• •

0,75 0,70 0,65 0,60

111E E NI

0,55 0,50

A

C Classe de cloretos

E

Estudos de Casos

• •

•

de 500 a 1.000 ppm: operação com auxilio de unidade desmineralizadora com perda crescente de eficiência (C); de 1.000 a 2.000 ppm: operação com prejuízo crescente da qualidade do produto siderúrgico, devido à cristalização de sais nas chápas produzidas no alto forno, exigindo a decapagem do produto acabado (D); acima de 2.000 ppm: proliferação de mariscos nos dutos de captação e condições proibitivas de trabalho pelas altas taxas de sais (E).

4.5.2.4 Conclusões O principal resultado deste estudo foi estimar os volumes de água doce necessários para barrar a cunha salina na entrada dos dois braços em que se bifurca a foz do Rio Cubatão (Seções A e B), evitando a sua progressão nos trechos fluviais do Baixo Rio Cubatão e afluentes. Foi verificado que, para manter a condição de cunha salina estacionária estabelecida, é necessário dispor de vazões médias mensais de água doce entre 66 e 76 rti3/s, atingindo valores máximos na faixa de 154 a 235 m3/s. A ordem de grandeza das vazões obtidas é coerente com o conhecimento da dinâmica hidráulico-salina do Baixo Rio Cubatão. Em 1992/1993, o balanço dos recursos hídricos da região apresentava o seguinte quadro: • •

Disponibilidade hídrica média em vazão plurianual: 19 m3/s. Demandas de água para uso público e industrial: o captação: 20 m3/s; o restituição aos corpos d'água: 13,8 m3/s; o vazão que não retornava aos rios: 12,3 m3/s.

Pode-se concluir desses dados que a vazão média de água doce oriunda da bacia e remanescente para barrar o avanço da cunha salina era de cerca de 7 m3/s, devendo o remanescente ser suprido pela reversão das águas da Bacia do Alto Tietê através do turbinamento nas Usinas Henry Borden. No período analisado, as vazões médias mensais turbinadas acrescidas dos aportes naturais estimados de água doce variaram entre 50 e 79 m3/s, dos quais, uma vez subtraída a vazão que não retorna aos rios, resultaram valores efetivamente disponíveis para barrar a cunha salina de 38 a 67 m3/s. Estes valores revelaram-se insuficientes na prática, uma vez que em 296 dos 365 dias do período anual analisado foi registrada incidência de cunha salina na captação da Cosipa. Pela análise idealizada em que estão baseados esses cálculos, verifica-se que as vazões de água doce necessárias para barrar a cunha salina não são operacionalmente viáveis para a lei de manobra de uma usina hidroelétrica. Mesmo com a capacidade máxima de adução das Usinas Henry Borden, de 150 m3/s, não é possível deter os eventos intrusivos máxiinos. Assim, uma condição razoável de convivência com os eventos de avanço da cunha salina seria o aporte de vazões médias (naturais somadas às turbinadas) de cerca de 100 m3/s. Esse número corresponde ao turbirtamento médio historicamente praticado em Henry Borden antes das restrições de turbinamento impostas desde 1992, época em que os eventos intrusivos não eram tão frequentes no trecho fluvial do Baixo Rio Cubatão. Finalmente, deve ser ressaltado o resultado obtido da comparação dos cálculos da vazão de água doce considerando os dados maregráficos observados e a

233

234

Hidráulica Estuarina

previsão harmônica da maré. Esses resultados permitem evidenciar claramente o efeito meteorológico sobre a dinâmica salina da região. Verifica-se que nos meses de julho, agosto e setembro os valores das vazões médias mensais resultam mais elevados, em até mais do que 10 m3/s do que os previstos, denotando claramente o efeito da maior frequência das marés meteorológicas associadas às passagens das frentes frias, produzindo o empilhamento das águas contra a costa e elevando os níveis médios do mar. Por outro lado, uma tendência oposta ocorre nos meses de verão, culminando em março com um valor de vazão cerca de 10 m3/s inferior, evidenciando o enfraquecimento das frentes frias, resultando em rebaixamentos do nível médio do mar, o que facilita as condições de drenagem das águas interiores, Esta sazonalidade, no entanto, se compensa numa análise anual, resultando em valores muito próximos comparando os cálculos baseados nos dados maregráficos e da previsão.

4.5.3 Impacto da vazão da Barragem do Valo Grande na distribuição de salinidade no Complexo Estuarino-Lagunar de lguape-Cananeia (SP) 4.5.3.1 Introdução

O Complexo Estuarino-Laguriar de Iguape-Cananeia, localizado no extremo sul do Estado de São Paulo (ver Figs. 4.7 e 4.11), possui cerca de 2.000 km2 e é o maior e o mais bem preservado do gênero no litoral paulista, revestindo-se de grande importância como berçário da vida marinha, sendo considerado um dos maiores viveiros de peixes e crustáceos do litoral brasileiro. Desde a década de 1950, com a instalação da Base Sul do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo e da Missão Hidrográfica de Cananeia do Laboratório de Hidráulica da Universidade de São Paulo, vários estudos e levantamentos de dados foram realizados na região. Esses estudos basicamente visaram a obtenção do conhecimento científico da área, bem como a avaliação do impacto das obras ali implantadas, entre as quais se destaca o Valo Grande. O Canal do Valo Grande, com cerca de 3 km de extensão, aberto com a finalidade do acesso da navegação interior ao porto marítimo de Iguape no Mar Pequeno, a partir da década de 1840 pôs em comunicação as águas doces do Rio Ribeira com as salobras do Mar Pequeno. Em virtude da violenta erosão a que foram submetidos este canal e as áreas ribeirinhas, bem como do correspondente elevado aporte de sedimentos no Mar Pequeno e que assoreou muitos trechos, além do impacto sobre a biota lagunar pela descarga de água doce e turva e de outros fatores, em 1978 um barramento permeável foi construído visando reduzir sensivelmente tais inconvenientes. Desse modo, as águas voltaram a fluir em sua totalidade pelo chamado Ribeira Velho numa extensão de 27 km até a desembocadura marítima da Barra do Ribeira. No entanto, grandes inundações passaram a assolar frequentemente a Bacia Hidrográfica do Rio Ribeira do Iguape — e a pior delas em volume e permanência das águas altas foi a de junho de 1983 —, cujas áreas ribeirinhas 150 anos após o início da construção do Valo estão ocupadas principalmente pela cultura da banana. No começo da década de 1990, iniciou-se a obra de implantação da barragem vertedora definitiva, que será dotada de comportas cuja operação deverá ser regulada por uma regra a ser defanida pelas condicionantes hidrológicas, bem como ecológicas, no que diz respeito ao impacto sobre a biota do Mar Pequeno.

Estudos de Casos

Neste estudo (Alfredini e Santos, 1998) avalia-se em nível conceitual, por meio de um modelo unidimensional simplificado, o impacto da operação do vertedor da Barragem do Valo Grande sobre a salinidade do sistema estuarino-lagunar. 4.5.3.2 Caracterização geral da região O Complexo Estuarino-Lagunar é basicamente conformado por três ilhas que definem o sistema de canais de maré por onde se propagam as ondas de maré a partir de três embocaduras marítimas. Conforme mostrado na Fig. 4.11, as ilhas Comprida, do Cardoso, de Cananeia e de Iguape conformam o Mar Pequeno, o Mar de Cubatão e a Baía de Trapandé. A onda de maré penetra no complexo pela: Barra de Icapara, entre a Ilha Comprida e a Ilha de Iguape; Barra de Cananeia, entre a Ilha Comprida e a Ilha do Cardoso; e Barra do Ararapira, entre a Ilha do Cardoso e a Ilha do Superagui (PR), sendo essa última a divisa administrativa com o Estado do Paraná. As áreas de encontro das ondas de maré situam-se em Subaúna na Pedra do Tombo no Mar Pequeno, no Rio Guapara, que é um alargamento do Mar de Cubatão, e no canal interno entre a Ilha do Cardoso e o continente a cerca de 6 km da foz na Baía de Trapandé. De acordo com as medições de salinidade disponíveis na área desde a conclusão da Barragem do Valo Grande, em 1978, o Complexo Estuarino-Lagunar é classificado como parcialmente misturado. Segundo Ippen (1966), a classificação seria de bem misturado, uma vez que a variação temporal do valor médio da salinidade muda menos do que 50% da superfície para o fundo na maioria das observações, abrangendo marés de sizígia e quadratura. Assim, adotou-se o modelo de análise unidimensional de estuários misturados proposto por Ippen (1966) para avaliar a intrusão salina, conforme apresentado no item a seguir. Anteriormente a 1840, ao que tudo indica, havia um equilíbrio ótimo entre os componentes do ecossistema sob a influência da água do mar que, penetrando na região pela ação das marés, se diluía moderadamente por extensas áreas na água doce dos pequenos riachos. Antes do fechamento do Valo Grande em 1978, observava-se que, por influência das grandes vazões do Rio Ribeira do Iguape, as variações de temperatura, salinidade e transparência da água modificavam-se constantemente num mesmo local durante o dia, devido às fortes correntes e da carga sedimentar trazida pelo rio. A vazão mediana do ano médio do Rio Ribeira imediatamente a montante do Canal do Valo Grande é de 375 m3/s. Em consequência, o ambiente tornou-se, principalmente no Mar Pequeno de Iguape, em grande parte impróprio para a reprodução, o crescimento e mesmo a vida de inúmeros organismos, cujas populações foram reduzidas drasticamente ou desapareceram da região por não encontrarem condições ideais para a sua sobrevivência. A Baía de Trapandé e o Mar de Cubatão apresentam a ictiofaurta mais rica da região. A salinidade, uma das características ambientais mais importantes para o desenvolvimento da biota lagunar, apresentava os seguintes valores médios na vertical (em g/L) no Mar de Cananeia próximo à cidade de Cananeia nos meses de setembro a março: 19,87 ± 4,29 anteriormente ao fechamento do Valo Grande (anos de 1975, 1976 e 1977) e 28,14 ± 2,1 no primeiro ano após o fechamento do Valo Grande (no ano de 1979). A estação do ano de menor salinidade é normalmente de fevereiromarço, e a de maior salinidade, agosto-outubro. Neste caso, serão aplicados os fundamentos da análise unidimensional de estuários misturados segundo Ippen (1966).

236'

Hidráulica Estuarina

4.5.3.3 Considerações sobre os dados utilizados

Toda aproximação conceitual envolve inevitáveis esquematizações da realidade física para se atingir uma solução. Na abordagem unidimensional aqui utilizada, além das considerações já adotadas no equacionamento apresentado no item anterior, foram adotadas algumas simplificações e/ou considerações adicionais que importa salientar. A base de dados na qual foi fundamentada a verificação da calibração do modelo foi levantada na campanha hidrográfica de 1983 a 1985, efetuada pelo Centro Tecnológico de Hidráulica DAEE-EPUSP contando com o apoio do Instituto Oceanográfico da USP. Para as diversas seções levantadas em marés de quadratura e sizígia, procedeu-se à determinação das salinidades médias na vertical de medida (talvegue do canal), que em geral eram medidas em períodos próximos à preamar e à baixa-mar, com o intuito de se obterem as salinidades extremas. Tais medições abrangeram os meses de setembro a março, considerando, portanto, as situações de salinidades mínimas e má..ximas. Não se considerou nos cálculos a penetração de água doce do Rio Ribeira do Iguape no Mar Pequeno através da Barra de Icapara, que se situa muito próxima à primeira (cerca de 2 km). A informação de maré utilizada neste estudo foi extraída das Tábuas das Marés da Base Sul do Instituto Oceanográfico da USP, para a análise da dinâmica do Mar Pequeno de Cananeia e da Baía de Trapandé, e das Tábuas de Maré da Marinha (1983, 1984 e 1985) para Santos e Paranaguá (Canal Sueste), para a análise do Mar Pequeno de Iguape. Desse modo, não foram considerados eventuais efeitos meteorológicos sobre a maré. A geometria dos canais estuarinos foi reduzida a dimensões médias de largura considerando canal retangular, com base no levantamento das seções batimétricas realizado em 1984 e 1985, ponderando linearmente as áreas em função do espaçamento entre as seções. Por se tratar de canais largos, o raio hidráulico foi assumido igual à profundidade. A composição das características geométricas do Estuário do Mar do Taquari, que se situa entre a Baía de Trapandé e o Mar de Cubatão, teve que ser aproximada para o trecho do canal interno à Ilha do Cardoso, em virtude de não se dispor de hidrografia para esta área. O tempo tB foi adotado exatamente igual ao semiperíodo da maré, e para o cálculo de uo admitiu-se comportamento de onda estacionária pura para a maré com período de 44.700 s. As vazões de água doce adotadas fundamentaram-se no balanço hídrico exposto para as descargas fluviais medianas do ano médio, não tendo sido considerada a influência de precipitações pluviométricas e evaporações referentes às superfícies molhadas do corpo estuarino-lagunar. A condição vigente no período de 1983 a 1985 para o Canal do Valo Grande presumiu uma percolação pelo maciço da barragem. Admitiu-se uma condição denominada Valo Grande aberto, que considera uma descarga pelo vertedor da barragem de 178 m3/s, correspondente a uma primeira aproximação de regra operativa que mantenha uma divisão equitativa das águas do Rio Ribeira entre o Valo Grande e o Ribeira Velho. Deve-se levar em conta que, com a implantação de barragens de regularização, previstas a montante da bacia, esses valores poderão ser significativamente reduzidos.

237

Estudos de Casos

Figura 4.34 Salinidade média em maré de sizigia no Mar Pequeno de Cananeia. (Alfredini e Santos, 1998)

35

— 30

-(3

C3

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--o- PM medida --1-

e

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BM calculada

--é.-

15

12

--)K- PM calculada

PM Valo aberto

BM Valo aberto Figura 4.35 Mar Pequeno de Cananeia.

Mar de Cubatão

Cananeia

Mar Pequeno -de Cananeia

Baía de Trapandé

Oceano Atlântico

o 041::

Ilha do Bom Abrigo

4.5.3.4 Resultados obtidos

Os dados foram elaborados por meio de planilhas eletrônicas produzindo gráficos dos resultados, como na Fig. 4.34 para o Mar Pequeno de Cananeia (ver Fig. 4.35). Os gráficos apresentam as condições de preamar e baixa-mar medidas e calculadas pela teoria de Ippen (1966) com o Valo Grande fechado e as calculadas com as comportas da Barragem do Valo Grande deixando passar 178 m3/s. O conjunto de gráficos considera o Mar Pequeno de Cananeia, tendo-se como seção O a da boca da Barra de Cananeia.

4.5.3.5 Análise e conclusões

A Barra de Cananeia, por ser embocadura de maior seção transversal, apresenta condições mais favoráveis de troca das águas entre o sistema laguriar interior e

238

Hidráulica Estuarina

Figura 4.36

(A)Fotografia aérea de 1977 mostrando o Porto de ltaqui e a Ponta da Madeira em condições de maré vazante. (Alfredini, 1983) (B)Vista do modelo físico do Complexo Portuário de Ponta da Madeira. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

o mar e, em consequência, a salinidade é mais elevada e o seu decaimento rumo ao interior do sistema é mais reduzido, denotando maior influência das condições marítimas. O modelo unidimensional, na forma como foi aplicado, funciona bem nos trechos mais próximos à embocadura marítima, sendo mais falho à medida que se dirige o cálculo para as áreas interiores. Os resultados, comparativamente às salinidades citadas no subitem 4.5.3.2, situam-se dentro da ordem de grandeza esperada.

4.5.4 O Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (MA) 4.5.4.1 Introdução

O Terminal Marítimo de Ponta da Madeira — PDM é um terminal privativo da Vale. Constitui-se no terminal portuário que escoa os minérios da Província Mineral da Serra dos Carajás (PA). Encontra-se localizado na Ponta da Madeira na Baía de São Marcos, próximo ao Porto de Itaqui da Empresa Maranhense de Administração Portuária — Emap, em São Luís (MA), como mostra a fotografia aérea de 1977 [Fig. 4.36(A)] anteriormente à implantação do terminal. O PDM foi planejado para possuir berços com capacidade para movimentação de 70 milhões de toneladas por ano e uma frota esperada de mineraleiros entre 20.000 e 270.000 tpb, e atualmente atracam no seu Píer I navios de até 370.000 tpb. As suas várias etapas de implantação têm sido estudadas em modelo físico no Laboratório de Hidráulica da EPUSP [Fig. 4.36(B)].

Estudos de Casos

239 Figura 4.37 Visualização dos padrões de sedimentação no modelo físico (escala 1:170) das áreas do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira e adjacências, Baía de São Marcos, em São Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

4.5.4.2 A obra portuária

A obra portuária encontra-se abrigada por dois espigões, enraizados na Ponta da Madeira (ver Fig. 4.37), que é o ponto onde as isóbatas de profundidades superiores a 20 m mais se aproximam da costa. Entre os espigões, ao abrigo das correntes mais fortes, situam-se as estruturas de acostagem e do carregador de navios (ver Fig. 4.37). Esta solução foi adotada com a finalidade de desviar as fortes correntes de maré de vazante e enchente, criando uma área abrigada com escoan-tento recirculatório de baixas velocidades na região dos berços. A solução final adotada para as obras de abrigo á constituída por dois espigões retilineos. O Espigão Norte tem um desenvolvimento de 1.050 m e o Sul, de 315 m, conforme mostrado na Fig. 4.37. Os espigões são constituídos por enrocamentos com um perfil do tipo trapezoidal. Foram necessárias adaptações nos espigões originalmente projetados para implementar a efetividade da dragagem de manutenção dos fundos e as condições de abrigo. Tais modificações foram estudadas por meio de modelo físico e tiveram sucesso no real, introduzindo grandes economias nos custos da operação portuária.

4.5.4.3 Características hidráulicas e sedimentológicas em Ponta da Madeira

As campanhas hidrográficas indicam que, com exceção do que ocorre nas áreas de recirculação, as correntes de maré na Baía de São Marcos nas proximidades da Ponta da Madeira são axiais e alternativas quanto ao sentido (ver Fig. 2.20), e quanto à variação de intensidade são praticamente sinusoidais ao longo da maré, apresentando aproximadamente velocidades máximas nos instantes de meia-maré e mínimas nas estofas de preamar e baixa-mar. Afetam toda a massa liquida. Os campos de correntes estão apresentados nas Figs. 2.15 a 2.19. Observa-se, ainda, que a maré é do tipo semidiurna com desigualdades diurnas bastante pequenas, atingindo excepcionalmente 7 m de amplitude em sizígias e tendo uma moda em

240

Hidráulica Estuarina

tomo de 4,5 m. A velocidade máxima das correntes constatada no campo foi de 5,1 nós. Foi verificada uma correlação clássica entre as velocidades máximas, que ocorrem próximo às meias-marés, e as amplitudes de maré elevadas a 2/3. Sabe-se que em áreas estuarinas o expdente da altura varia entre 0,5 e 1,0, sendo o coeficiente dependente do ponto de observação e do estado da maré (enchente ou vazante). O clima de ondas local é bastante moderado, com vagas máximas observadas de 1,1 m de altura. A salinidade varia de 20 a 25 g/L e a baía pode ser considerada sem estratificação de densidade. O transporte de sedimentos é fortemente conclicionado pelas correntes de maré e também pelas cheias fluviais, principalmente da Bacia Hidrográfica do Rio Mearim. O transporte de sedimentos litorâneo é desprezável. A concentração de sedimentos em suspensão está em torno de 100 ppm e é principalmente composta de silte e argila. Há grandes conformações de fundo devido às correntes nos canais e bancos da baía. O fundo é constituído principalmente por camadas de areia com diferentes espessuras sobre rochas sedimentares que afloram no fundo dos canais com fortes correntes. Predomina areia fina com granulornetria inferior a 0,5 mm, sendo mais graúda nos canais e mais fma nas áreas abrigadas.

4.5.4.4 A adaptação no Espigão Norte A solução final adotada para as obras de abrigo é constituída por dois espigões retilineos. O Espigão Norte tem um desenvolvimento de 1.050 m e o Sul, de 315 m. Os espigões são constituídos por enrocamentos com um perfil do tipo trapezoidal. Os espigões foram construídos entre maio de 1980 e setembro de 1982, e o porto somente começou a operar em janeiro de 1986. Assim, em 1983 o monitoramento batimétrico indicou um processo de sedimentação na área abrigada, com maior intensidade entre os futuros berços de atracação. A Fig. 4.38 mostra a configuração do processo de sedimentação observado e reproduzido no modelo físico com traçador sedimentológico constituído de poliestireno (depósitos esbranquiçados na foto). Um programa intensivo de estudos de campo e em modelo físico foi então desenvolvido para reduzir o custo das futuras dragagens de manutenção, tendo culminado com uma modificação no Espigão Norte, como mostra a Fig. 4.37, com a fmalidade de melhorar as condições de limpeza das correntes de enchente. Figura 4.38 Visualização da sedimentação no modelo físico da área portuária do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (escala 1:170), na Baía de São Marcos, em São Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH)

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Estudos de Casos

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Consistiu em arrasar os 100 m finais do espigão, aproveitando-se esse material na construção de um direcionador concentrador de correntes com 150 m de comprimento. Nesse programa, as condições de abrigo nas áreas dos berços foram cuidadosamente avaliadas, visando evitar uma degradação de táis áreas. Com a modificação introduzida, que foi implantada entre 1985 e 1986, o volume anual a ser dragado foi reduzido em cerca de 50% com periodicidade média em torno de 18 meses, sendo a cota de dragagem para o Píer 1 de 25 m com relação ao nível de redução da Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil.

4.5.4.5 A adaptação no Espigão Sul Com base nos ensaios em modelo físico, e nas recomendações internacionais para amarrações seguras de grandes navios, o Manual do Porto para o início das operações no PDM continha algumas recomendações. Depois do início das operações portuárias, observou-se que na fase final de carregamento, principalmente em marés vazantes de sizígia, alguns navios de médio a grande porte apresentavam movimentos com casos de ruptura de cabos de amarração. Essas ocorrências confirmavam as ressalvas já feitas com base no estudo em modelo físico. Observou-se também que navios com planos de amarração adequados, e que mantinham os cabos ajustados, sem lazeira, durante o carregamento, poderiam evitar a ampliação do movimento por efeito de inércia, desde que as marés não fossem de altura superior a 6 m. Devido às grandes variações de maré, à grande diversidade dos tipos e estado de conservação dos cabos e à melhor ou pior atenção dedicada à amarração por parte das tripulações, tomava-se difícil controlar a amarração dos navios durante o carregamento. A solução imediata e provisória foi o emprego de rebocadores testando o navio contra as defensas quando o movimento tendia a se iniciar, para evitar a sua amplificação, principalmente nos períodos em torno à meia-maré vazante ao final do carregamento. Figura 4.39 Visualização do campo de correntes de maré, em meia-maré vazante de 7 m de amplitude, no modelo físico do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (escala 1:170), na Baía de São Marcos, em São Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH)

,2 4,2

Hidráulica Estuarina

Os estudos conduzidos no modelo físico mostraram que o problema descrito era fundamentalmente oriundo da formação de vórtices na extremidade do Espigão Sul durante as marés vazantes e que, desenvolvendo-se e crescendo de tamanho em seu percurso de trânsito pelo Píer 1, acabavam envolvendo o navio e deslocando-o consigo (ver Fig. 4.39). Assim, concluiu-se ser necessário eliminar total ou parcialmente este efeito, o que foi conseguido rebaixando-se os 130 m finais do Espigão Sul para uma cota de —2,75 m (ver Fig. 4.37). Assim, a extremidade rebaixada ficou submersa e em vazante permitiu a penetração parcial da corrente na área abrigada onde o vórtice era originado, reduzindo as suas dimensões e, portanto, a sua ação sobre o navio. Essa modificação foi implantada entre julho e outubro de 1987. Desde então, ocorreram somente alguns casos de movimentos de navios durante o carregamento, com necessidade da utilização de rebocadores, que resultaram principalmente de planos de amarração mal ajustados e com equipa.mento deficiente, como falta de guinchos e/ou cabos muito flexíveis e/ou em mau estado de conservação, além de situações com folgas sob a quilha inferiores a 5% do calado. Navios com porte superior a 300.000 tpb têm carregado em marés de alturas superiores a 5 m sem auxilio de rebocadores. 4.5.4.6 Consideração final

As características deste estudo evidenciam a complexidade do ambiente estuarino em termos hidrodinâmicos e do regime de transporte de sedimentos, o que exige uma abordagem em vários níveis de atuação, como suficientes informações de levantamentos de campo, modelação e monitoramento dos resultados. 4.5.4.7 As ondas de areia do Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão

A área portuária do Maranhão constitui-se no segundo maior complexo portuário do Brasil e um dos maiores do mundo em termos de movimentação de carga, com mais de 60 milhões de toneladas movimentadas em 2002, isto é, mais de 10% da movimentação portuária anual do país. Situada na costa ocidental da Ilha de São Luís, na Baía de São Marcos, esta área portuária abrange o Complexo Portuário de Ponta da Madeira, da Vale, o Porto de Itaqui, da Emap, e o Porto da Alumar. Em termos do potencial logístico do transporte aquaviário brasileiro, tende a se constituir em cerca de dez anos no principal polo portuário brasileiro em movimentação de cargas, em função dos projetos previstos para a área. Localiza-se próximo dos grandes mercados consumidores, como Estados Unidos, Europa e Ásia através do Canal do Panamá. Constituindo-se em escoadouro natural de ampla região geoeconômica, que é a Amazônia Legal Oriental [ver Fig.4.40(A)1, as principais cargas movimentadas são os minérios de ferro e manganês, provenientes da Província Mineral de Carajás (PA), ferro gusa, alumina e alumínio, resultado do beneficiamento da bauxita provinda do Rio Trombetas (PA), grãos e granéis liquidos. Nos próximos anos, estão previstos projetos de aumento de berços de atracação e áreas retroportuárias para o embarque de concentrado de cobre da Província Mineral de Carajás, o que tornará o Brasil de importador em exportador, importação de carvão para usinas termoelétricas e siderúrgicas, embarque de produtos siderúrgicos e maior movimentação de contêineres.

Estudos de Casos

243 Figura 4.40 (A)Localização da área de estudo. (B)Detalhe para o Canal de Acesso com as áreas especiais e de fundeio.

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Alcap ara

AIV 3D

Área intermediária

Área intermediária

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Hidráulica Estuarina

Figura 4.41 Superfície criada a partir da batimetria da Área IV, no período de outubro de 1998, do Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão.

Ondas de areia: Altura média: 3,97 m Altura máxima: 7,75 m

O Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão desenvolve-se em sua maior extensão na subárea oceânica da plataforma continental do Maranhão (Golfão Maranhense), sendo o restante situado na própria Baía de São Marcos. Ao largo da costa do Maranhão, em frente à Baía de São Marcos, observa-se a formação de bancos de areia margeando o Canal de Acesso, tendo sido, por consequência, necessário balizar o canal em seus cerca de 100 km a partir da Ponta da Madeira. O canal apresenta quatro áreas especiais denominadas Área I, Área II, Área III e Área IV, no sentido sudoeste-nordeste [ver Fig. 4.40(B)]. Essas áreas apresentam a formação de ondas de areia. Ondas de areia são uma classe de conformação de fundo, compostas predominantemente de solo não-coesivo, em forma de onda dos sedimentos transportados, conforme pode ser visto na Fig. 4.41, notando-se a formação de cristas (regiões escuras) e cavados (regiões claras). Trata-se de megaenrugamentos que se formam onde a água tem profundidade suficiente e o aporte de areia é abundante com velocidades do escoamento relativamente fortes, geralmente desenvolvidas por correntes de maré. Essas formações têm comprimentos superiores a 10 m, podendo chegar a centenas de metros, e alturas acima de 1 m. Poucas localidades do mundo apresentam as condições necessárias para a formação de ondas de areia como a região do Canal de Acesso do Complexo Portuário do Maranhão, com fortes correntes de maré, areia fina e profundidade suficiente (ver Fig. 4.42). A evolução das isóbatas de 24 m para a Área IV mostra que as formações de ondas de areia não apresentam significativa mudança de posição com o tempo, o que pode ser interessante para um plano de dragagem. O resultado é observado na Fig. 4.43.

245

Estudos de Casos

Figura 4.42 Localização de incidência de ondas de areia.

Figura 4.43 Evolução das curvas de isóbatas de 24 m.

Área IV isóbata 24 m

abr/1997 jun/1998 out/1998 fev/1999 maio/2000 fev/2001 ago/2001

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Hidráulica Estuarina

20 400

Figura 4.44

410

Migração da terceira onda da Área IV. -

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•

-34

-36

Distância (m)

Para cada área peculiar, foram estabelecidos três alinhamentos, na direção do canal e iniciando-se ao sul, para o levantamento batimétrico longitudinal do canal. Para a Área IV, o alinhamento foi: linha 1, ponto inicial (E626503, N9799500); linha 2, ponto inicial (E626650, N9799500), e linha 3, ponto inicial (E626798, N 9799500). Aproxiinando-se da crista da terceira onda, do alinhamento da linha 1 da Área IV, pode-se notar que a migração dessa onda oscilou cerca de 20 m em quase cinco anos sem tendência definida, conforme pode ser visto na Fig. 4.44. A reduzida migração dessas ondas, principalmente nas áreas III e IV, é provavelmente explicada pela simetria alternativa nas correntes de maré nas respectivas regiões. Na Fig. 4.45, pode ser observado o levantamento de velocidade de correntes realizado no Ponto A4 (coordenadas: latitude 1°48'33" S e longitude 43°51'57" W), localizado nas proximidades da Área IV, no período de abril de 1991. Figura 4.45 Rosa das velocidades de maré (m/s) no Ponto A4 (a 20 m do fundo) nos dias 5 a 26 de abril de 1991.

Frequência

Velocidade (m/s) NNW NW WNW

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e Velocidade média

WSW

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Estudos de Casos

,2 4 7

4.5.5 Estudo da dispersão de efluentes de emissários submarinos na Baixada Santista (SP) INTRODUÇÃO No presente estudo, são apresentados alguns resultados dos vários ensaios realizados em modelo físico. Este trabalho regional abrange a área costeira entre a Praia do Forte (município de Praia Grande) e a Praia da Enseada (Guarujá), interessando a disposição oceânica e o impacto sobre as costas dos municípios de Praia Grande, São Vicente, Santos e Guarujá. O modelo físico da Baía e Estuário de Santos e São Vicente foi construído, calibrado e validado para os estudos do projeto PROBIO (MMA/Banco Mundial/ GEF/CNPq), com o intuito de produzir diagnóstico sobre os efeitos da elevação do nível do mar, decorrente do aquecimento global da atmosfera sobre a região (ver Fig. 2.27). A bacia onde está instalado o modelo físico conta com geradores de ondas e de marés. O registro da agitação de ondas é feito por pontas capacitivas e circulação de correntes com micromolinetes de fibra ótica (ver Fig. 2.28). Para a reprodução das correntes de maré, criou-se um software no próprio Laboratório de Hidráulica da Escola Politécnica da USP. O esquema de funcionamento da maré no modelo é mostrado na Fig. 4.46. A aquisição de dados a analisar é feita digitalmente na cabine de operações situada num canto do modelo. Também se dispõe de uma instalação zenital para a documentação fotográfica e de vídeo, cobrindo a área principal do modelo. O objetivo geral foi o desenvolvimento de uma metodologia de avaliação de dispersão de despejo de esgoto em modelo físico. Para tanto, as técnicas de representação de descarga do efluente com a utilização do traçador colorimétrico azul de metileno foram aprimoradas, e foram avaliados conceitualmente dispositivos que melhor representaram a condição de vento na região de estudo.

Figura 4.46 Esquema de funcionamento da maré no modelo.

Modelo: 8,75 min Real: 12,38 h

248

Hidráulica Estuarina

RESULTADOS Simulação da descarga de efluente oriundo de emissário submarino Para a elaboração do sistema simulador de descarga de efluente, utilizou-se o principio do frasco de Mariotte. Este frasco apoia-se no fato de que as pressões interna do recipiente e externa a ele tendem a se equilibrar. Isso é feito por meio de um tubo que insere ar externo para dentro do recipiente (Fig. 4.47). Sendo assim, garante-se o preenchimento do tubo com ar quando há escoamento do fluido, tornando a pressão na extremidade do tubo igual à pressão atmosférica. Quanto às diferentes vazões necessárias para o estudo, foram conseguidas variando a altura do frasco para se adicionar uma maior (ou menor) carga hidráulica ao sistema. Notou-se que o frasco acoplado diretamente ao emissário conferia ainda vazões muito altas (aproximadamente 5 L/h), mesmo quando posicionado próximo ao piso do modelo. Para isso, foi desenvolvida uma peça que tem a finalidade de dissipar a energia excedente, permitindo o posicionamento do frasco a alturas maiores. Essa peça é composta por um tubo firto de plástico (com aprwdmadamente 50 m de comprimento) que é enrolado em um cilindro semelhante a uma serpentina, permitindo a dissipação uniforme da energia ao longo de seu comprimento. Ela é posicionada entre a salda do frasco de Mariotte e o emissário do modelo, como esquematizado a seguir (ver Fig. 4.48). Figura 4.47 Esquema de funcionamento do frasco de Mariotte.

Diagrama de pressões

Figura 4.48 À esquerda, esquema do sistema composto por um pedestal (A), frasco de Mariotte (B), cilindro dissipador de energia (C) e tubo de aço inox (D), representando o emissário. À direita, foto do sistema no modelo físico.

z

Estudos de Casos

Com o sistema montado e calibrado, o próximo passo foi determinar a concentração de azul de metileno a ser empregada nos ensaios, porque essa variável afeta significativamente a dispersão da mancha no modelo físico. Adotou-se a concentração de 0,25% de azul de metileno como a ideal, pois tal concentração confere uma dispersão intermediária da mancha, compatível com cenários de ondas e ventos aliados às correntes de marés.

Representação do vento no modelo fisico da Baixada Santista

O principal parâmetro que induz a fortes ondas na região da Baixada Santista é o vento, sobretudo os ventos de SW provenientes de passagens de frentes frias. Para simular essa situação, foi construído um túnel de vento como mostra a Figura 4.49. O túnel é feito com placas de aerifico (comprimento total de 7,5 m e largura de 3 m), o que permite a sua montagem e desmontagem. As laterais são removíveis e servem para evitar o escape do vento, podendo ser posicionadas a alguns milímetros acima do nível de água do modelo, com o auxfiio de grampos (ver Fig. 4.49). Em outras partes, a placa lateral foi substituída por um plástico cristal para permitir melhor ajuste nas áreas onde não há o contato com a água. O sistema está apoiado em calantes usados para ajustar as placas sobre o modelo. O túnel de vento está posicionado com rumo de 232°30', posição representativa de vento proveniente de SW. A velocidade do exaustor foi calibrada de acordo com os resultados de modelação numérica (Harari e Gordon, 2001): •

Maré de sizígia do dia 7 de fevereiro de 1997 às 19h locais, correspondendo na Tábua de Marés a uma vazante de 1,3 m de amplitude (marégrafo de Torre Grande) — preamar de 1,4 m às 15h36 e baixamar às 21h32.

•

Ventos intensos reproduzindo aproximadamente o efeito de frentes frias, com ventos de SW 50 km/h na Baía de Santos.

•

Sobrelevação devida aos ventos de 50 cm no nível do mar além da previsão da Tábua de Marés.

O campo de circulação de correntes vigente nessa situação descrita nos resultados da modelação numérica apresenta os seguintes aspectos mais notáveis: •

Junto à embocadura do Canal do Porto observa-se uma deflexão das correntes de maré associadas às eólicas num rotacionamento horário rumo à Ponta da Praia. Esta convergência das correntes resultantes atinge valores de até 60 cm/s no real, correspondendo no modelo a 4,2 cm/s.

•

Nas proximidades da Ilha das Palmas também se observam velocidades convergentes à costa da mesma ordem de grandeza.

•

Como se pode observar na Figura 4.50, o túnel de vento atua sobre uma área na qual os resultados do modelo numérico indicam correntes resultantes rumo à costa.

Esse ajustamento deu-se por tentativa e erro, medindo-se as velocidades na água correspondentes às diferentes rotações do exaustor, escolhendo-se o melhor. Tal condição foi monitorada por meio de uma ponta capacitiva para medição do

249

,2.5'.0

Hidráulica Estuarina

nivel de água em ponto homólogo ao marégrafo da Torre Grande e por derivadores para a estimativa das velocidades nos pontos mencionados anteriormente. Figura 4.49 Foto do túnel de vento simulando a ação de vento sobre a pluma.

Figura 4.50 Resultado da modelação numérica com a inserção do túnel de vento.

Estudos de Casos

Emissário de Santos Sobre a possibilidade de extensão do Emissário de Santos, testes com diferentes comprimentos (4 e 5 km) e vazão máxima de descarga (Qmú = 5,6 m3/s) e descarga volumétrica média de operação (Qmédia .= 3,5 m3/s) foram simulados (ver Figs. 4.51(A) e 4.51(B), respectivamente). Em ambos os casos, a condição de vento de SW foi simulada com o rumo à praia. Esses testes ilustram que a pluma do efluente tende a se dispersar em direção ao mar, especialmente para o cenário de vazão média 3,5 m3/s. Para a vazão máxima, parte da pluma retoma ao Canal de Acesso ao Porto. Esse resultado confirma a presença de uma pluma com maior dimensão para uma descarga maior de efiuente. A comparação com a condição de 5 km de extensão mostra que a dispersão tende a seguir para o mar aberto (menor ação de correntes de maré enchente e transporte de ondas) em razão do prolongamento do emissário, mostrando uma tendência similar ao apresentado na situação atual de 4 km, mas com menor intensidade de dispersão rumo à praia. Os resultados da modelação fisica com o túnel de vento mostraram que a dispersão no campo afastado neste cenário adverso poderia ser melhorada com o aumento no comprimento do emissário. Outros ensaios estão relacionados com o cenário de elevação do nível do mar de 1,5 m, situação apontada pelo comitê norte-americano de especialistas em Engenharia Costeira [U.S., NRC (1987)] como mais crítica para o ano de 2100. Dessa forma, os ensaios 30 e 31 simularam este cenário sem o prolongamento do emissário (comprimento atual de 4 km) e vazão máxima de projeto de 5 m3/s (Fig. 4.52).

Figura 4.51 (A)Ensaios no Emissário de Santos com 4 km de extensão. esquerda, vazão máxima (5,6 m3/s — ensaio 13) e à direita com vazão média de operação (3,5 m3/s — ensaio 25).

Figura 4.51 (B)Ensaios em Santos com 5 km de extensão. À esquerda, vazão máxima (5,6 m3/s — ensaio 23) e à direita com vazão média de operação (3,5 m3/s ensaio 27).

—

Hidráulica Estuarina Figura 4.52 Ensaios de elevação média do nível do mar em Santos com emissário de 4 km. À esquerda, ensaio 30 com simulação de vento rumo à praia; à direita, ensaio 31 sem vento.

Observa-se na figura que a pluma apresenta melhor dispersão rumo ao mar aberto na situação sem vento, havendo o retorno de parte da pluma tanto para o Canal de Acesso ao Porto quanto para o Canal de São Vicente, situação que também ocorre para o ensaio 30 com vento SW. Neste ensaio, a pluma concentra-se na parte central e área externa da baía, porém sem a dispersão apresentada no ensaio 31. Para a situação atual de funcionamento do Emissário de Santos, a vazão média de 3,5 m3/s tem a dispersão favorecida no caso do prolongamento do Emissário, como mostra a figura seguinte, sem a atuação de vento SW (Fig. 4.53). Na referida figura, observa-se que o prolongamento propicia uma melhor dispersão da pluma. Na situação atual, há o retorno da pluma para o interior da baía e em clireção a Ponta Grossa e Ponta Rasa.

CONCLUSÕES

Os ensaios em modelo físico para a avaliação da dispersão da pluma de efluente oriundo de descarga de emissários submarinos mostraram-se uma ferramenta importante para a tomada de decisão quanto ao sistema de saneamento adotado no litoral paulista. As simulações na área do Emissário de Santos mostraram que a pluma do efluente apresenta a tendência de uma dispersão rumo ao mar para os cenários de vazão média atual. Para um cenário de elevação relativa do nível do mar e prevendo-se um aumento de vazão, parte da pluma retoma ao Canal de Acesso ao Porto de Santos. Avaliando-se a extensão do Emissário em mais 1 km e com a atuação do vento de SW, a dispersão da pluma é melhorada para o cenário de vazão Média, assim como para o de elevação relativa do mar. Figura 4.53 Ensaios no Emissário de Santos com vazão média atual de operação (3,5 m3/s). À esquerda, comprimento atual do Emissário de 4 km; à direita, emissário com extensão total de 5 km.

HIDRÁULICA FLUVIAL

Rid:2 5 Transporte de Sedimentos — Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

255

6 Transporte de Sedimentos — Início do Movimento/ Conformações de Fundo/Rugosidade 273 7 Transporte de Sedimentos — Arrastamento de Fundo e em Suspensão 283 8 Morfologia Fluvial — Princípios 289 9 Morfologia Fluvial — Características Planialtimétricas dos Cursos d'Água de Planície Aluvionar 301

254

Hidráulica Fluvial

LISTA DE SÍMBOLOS A A

c

co C

D

D50

Dgo

g h

J'

ks kis k; Kd

Km Kk

amplitude do meandro: distância, medida transversalmente ao vale, entre os ápices sucessivos no eixo área hidráulica largura do canal na superfície concentração do material em suspensão à distância y do leito; coeficiente que depende da natureza petrográfica do sedimento concentração de referência à distância yo = 0,05 h do leito coeficiente de Chézy; comprimento do vale distância do fundo em que se verifica a tensão máxima de arrastamento nos lados de um canal granulometria do material transportado; dimensão característica dos sedimentos do leito (normalmente D50 ou D,,, isto é, mediano ou médio) diâmetro dos sedimentos em que 50% em peso dos grãos têm dimensões inferiores diâmetro dos sedimentos em que 90% em peso dos grãos têm dimensões inferiores relação entre largura do canal na superfície e profundidade média aceleração da gravidade profundidade média declividade do fundo declividade da linha de energia declividade da linha de energia efetiva declividade da linha de energia dissipada nas conformações de fundo constante de Von Karman (= 0,4 em água limpidai= 0,2 em água muito turva) rugosidade equivalente do leito rugosidade equivalente superficial rugosidade equivalente de forma coeficiente de Strickler coeficiente para obter a altura onde ocorre a tensão máxima de arrastamento nos lados do canal coeficiente para obter a tensão máxima de arrastamento no fundo do canal coeficiente para obter a tensão máxima de arrastamento nos lados do canal largura no fundo do canal desenvolvimento da curva de um canal porcentagem de argila e silte presente no perímetro da seção

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coeficiente de Manning perímetro molhado vazão específica vazão sólida em suspensão por unidade de largura vazão sólida em peso submerso por unidade de largura vazão liquida vazão média anual vazão sólida total vazão sólida de fundo vazão sólida em suspensão raio de curvatura medido a partir do eixo do canal raio de curvatura da margem côncava raio de curvatura da margem convexa raio hidráulico velocidade de atrito do escoamento velocidade local do escoamento à distância y do fundo velocidade média do escoamento; velocidade média do escoamento na curva velocidade de queda, sedimentação ou decantação das partículas de sedimento distância percorrida; abscissa medida a partir da margem convexa número de Reynolds de atrito da partícula parâmetro de Shields distância do leito expoente da lei de Rouse sobre-elevação do nível d'água na margem côncava altura da duna peso específico do liquido peso específico dos grãos peso especffico submerso dos grãos comprimento da duna viscosidade dinâmica da água viscosidade cinemática da água massa específica da água massa específica do material granular desvio-padrão da distribuição granulométrica tensão de arrastamento tensão de arrastamento do escoamento sobre o leito tensão máxima de arrastamento no fundo tensão máxima de arrastamento nos lados

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS - CURVACHAVE E DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES NA FRONTEIRA

5.1 INTRODUÇÃO 5.1.1 Considerações gerais Enquanto os fenômenos hidráulicos dos escoamentos com fronteiras fixas são suscetíveis de uma representação analitica bem definida, de acordo com as leis da hidrodinâmica, o mesmo não ocorre nos escoamentos com fronteiras móveis, pois nestes casos existe influência recíproca entre o escoamento e sua fronteira. Sendo autores de sua própria geometria, os escoamentos bifásicos (sólido-líquido) com fronteiras móveis constituem um fenômeno que obedece a um mecanismo muito complexo, cuja formulação analitica ainda não é suficientemente abrangente, tendo-se que recorrer, em muitos casos, a métodos empíricos para o seu estudo. Considerando um escoamento à superfície livre constituído por fronteiras móveis compostas por material incoerente, à medida que o escoamento adquire energia suficiente para iniciar o transporte sólido (condição crítica), o material de fundo começa a se mover e é transportado no sentido do escoamento. O movimento do material corresponde a uma quantidade de material sólido transportado na unidade de tempo — vazão sólida — e será tanto maior quanto maior for a energia do escoamento, que é proporcional à velocidade do escoamento. Para estágios de transporte sólido estabelecido, surgem ondulações na superfície do fundo que se distribuem irregularmente, acarretando alterações da rugosidade e, consequentemente, na resistência ao escoamento, o que, por seu turno, vai afetar a vazão liquida. Para valores suficientemente elevados da velocidade de escoamento, as partículas mais finas do fundo podem entrar em suspensão no meio do liquido, afetando as pulsações turbulentas do escoamento, o que também influi na vazão liquida. Assim, percebese uma intensiva ação recíproca entre as duas fases, condicionada basicamente por parâmetros relativos ao escoamento, aos sólidos e ao fluido. Neste curso, é dada ênfase ao estudo do transporte sólido à superfície livre por correntes unidirecionais uniformes com sedimentos soltos, isto é, sem coesão (incoerentes), considerando basicamente situações bidimensionais.

Transporte de Sedimentos — Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

5.1.2 Condicionantes do transporte de sedimentos De um modo geral, o transporte sólido depende de condicionantes hidráulicas (correntes e ondas), hidrometeorológicas, sedimentológicas, geomorfológicas (geologia e topobatimetria), de recobrimento vegetal das bacias hidrográficas e da influência antrópica. As condicionantes hidráulicas, hidrometeorológicas e a influência antrópica são agentes ativos, enquanto as demais são passivas. Trata-se de escoamentos essencialmente não-permanentes, tridimensionais e de fronteira variável no espaço e no tempo. A ação da água é o agente ativo, além da ação antrópica, que causa, ou afeta diretamente, a erosão. Assim, as águas de chuva (ver Fig. 5.1) podem ter efeitos variados, dependendo de sua intensidade, quantidade, duração e frequência. De fato, uma chuvada pode produzir acentuado efeito erosivo no solo, e se a mesma quantidade precipitada se distribuir num tempo maior, ocorrerão menores estragos, pois as gotas terão menor peso e não terão tanto impacto. Além disso, haverá o encharcamento progressivo do solo com infiltração, sem a formação das enxurradas que tendem a lavar o solo. O escoamento das águas pluviais se subdivide na infiltração pelo terreno e no escoamento superficial, e se caracteriza pela sazonalidade hidrológica (grandes vazões sólidas nos períodos de chuvas) e pelo abatimento do pico de vazão de cheia, quanto maior for a parcela de água infiltrada. As características sedimentológicas do solo dizem respeito à forma de sua curva granulométrica (estrutura) e dos grãos (textura), sendo os sedimentos mais facilmente erodidos as areias finas de curva granulométrica uniforme (bem selecionadas/mal graduadas) e grãos arredondados, que também facilitam a infiltração, enquanto as argilas resistem por coesão à erosão e impedem a infiltração. As características topobatimétricas de aumento da declividade e do comprimento da rampa produzem aumento da erosão pelo escoamento superficial veloz e pouca infiltração, dependendo da rugosidade da superficie, estando correlacionadas à ação da gravidade no deslocamento de cada partícula em função do seu peso. As características geológicas estão ligadas à consistência dos materiais, ao comportamento na infiltraFigura 5:1

Escoamento da água na superfície do solo. Efeito erosivo nas barrancas do Rio Mogi em Cubatão (SP) na década de 1980. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Introdução

ção e no escoamento superficial, à espessura e ao ângulo de mergulho da camada e às fraturas existentes. A cobertura vegetal protege o solo contra a erosão pluvial (ver Tab. 5.1), aumentando a evapotranspiração e a infaltração e, consequentemente, reduzindo o escoamento superficial, além do efeito de interceptação. Esta tabela evidencia como a maior biocliversidade das espécies (mata virgem) fornece maior proteção ao solo, com vegetais de diferenciadas dimensões (submata), em vez de mata muito homogênea e pobre na diversidade. De fato, raízes superficiais são importantes para estruturar o solo e evitar erosão. TABELA 5.1 Dados sobre erosão

Tipo de cobertura vegetal

Quantidade de material removido (kg/ha/ano)

Mata virgem

1 4

Mata explorada (madeira etc.)

220

-

Pastagem

4.000

Algodoal

24.800

Mamona

41.500

Feijão

38.100

Mandioca

33.900

Amendoim

26.700

Arroz

25.100

Soja

20.100

Cana

12.400

Café

20.000

5,1.3 A erosão por ação hidráulica A erosão hídrica superficial se subdivide em: •

Erosão pluvial produzida pelo impacto das gotas de chuva caindo em superfícies desprotegidas (ver Fig. 5.2), desintegrando parcialmente os componentes naturais do solo, liberando partículas finas que são projetadas a uma certa distância.

•

Erosão generalizada por escoamento difuso caracterizado por sulcos, ravinas ou dedos (ver Fig. 5.3), que se infaltram após pequeno percurso, depositando os sedimentos transportados já desagregados. Quando os filetes percorrem maiores distâncias, transportando maior quantidade de material, ocorre o escoamento difuso intenso, que vai se aprofundando e concentrando.

•

Erosão laminar, que se produz nas chuvadas em que o solo superficial encontra-se saturado. Caracteriza-se por um desgaste suave e uniforme da camada superficial em toda a sua extensão (ver Fig. 5.4).

•

Erosão por escoamento concentrado pode ser oriunda da falta de boa estrutura do solo com camada impermeável profunda, vindo a se formar sulcos profundos, cujos deslizamentos podem produzir as voçorocas.

.2)7

Transporte de Sedimentos - Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

Figura 5.2 Erosão do solo na Serra do Mar (março de 1985). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.3 Erosão em sulcos, ravinas ou dedos. Terrenos desnudos na periferia da cidade de São Paulo (década de 1980). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.4 Erosão laminar. Foto de terraplano desnudo na Bacia do Rio Tamanduateí (década de 1980). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Introdução

2.59

Figura 5.5

Figura 5.6

Erosão por remoção em massa do tipo rastejo. Foto de 1971 da Bacia do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP). (São Paulo Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Erosão por remoção em massa quando há desprendimento de terras. Foto de 1971 da Bacia do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

A erosão por remoção em massa é entendida como movimentos de grandes quantidades de materiais de formações superficiais e de rochas sob a ação combinada de gravidade e saturação da água, podendo ser subdiviclida em: •

Rastejo (ver Fig. 5.5), quando a erosão é um movimento de massa lento e continuo do solo ou rocha decomposta, equivalendo a um escorregamento de camadas superficiais sobre camadas mais profundas, sendo chamado de solifluxão quando a massa está saturada por chuvadas persistentes.

•

Desprendimento de terras ou deslizamento (ver Fig. 5.6) é uma erosão do tipo rápido, em que uma porção do solo se desprende do talude do maciço.

•

Escorregamento superficial ou ruptura de talude (ver Fig. 5.7) é um deslocamento rápido da massa sólida ao longo de uma curva de deslizamento, que passa pelo pé do talude.

•

Escorregamento profundo (ver Fig. 5.8) é um escorregamento rápido passando por um ponto afastado do pé do talude.

Na Fig. 5.9 está representada a Bacia do Rio Aguapei, no Estado de São Paulo, e a perda de solo estimada em coletas efetuadas de 1972 a 1991 (Figueiredo, 1993). Nas Figs. 5.10 e 5.11 estão apresentadas fotografias de efeitos erosivos em solos. A erosão fluvial consiste no transporte de sedimentos promovido no material do leito pela ação das correntes fluviais como agente morfológico, e o seu estudo é enfatizado neste curso. Considerando a Fig. 5.12, verifica-se que as cabeceiras dos rios são compostas por sedimentos de dimensões maiores, como pedras, seixos e pedregulhos. À medida que são transportados, os materiais mais grosseiros sofrem desgaste e se fracionam em sedimentos de granulometria menor, areia

,2 0

Transporte de Sedimentos — Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

Figura 5.7 Erosão por remoção em massa quando há escorregamento superficial ou ruptura de taludes. Foto de 1996 de escorregamento superficial de talude da Rodovia dos Tamoios, nas vertentes da Bacia Hidrográfica do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP). (São Paulo, Estado/ DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.8

Erosão por remoção em massa quando há escorregamento profundo. Fotos de 1971 (A) da Bacia Hidrográfica do Rio Santo Antõnio em Caraguatatuba (SP), mostrando ainda os grandes efeitos dos aludes das grandes chuvadas do verão de 1967 [situação das encostas em 1996 (B)]. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/ FCTH)

Introdução

,2 Figura 5.9 Dinâmica da produção de sedimentos no Rio Aguapeí (SP).

. Bacia Hidrográfica do Rio Aguapeí Limite entre a baixa e a média bacia

Bacia

Área de drenagem (ha)

Perda de solo de 1972 a 1991 (t)

(%)

165.760.783

41,49

Alta

367.000

(%) 42,46

Média

497.300

57,54

233.814.599

58,51

Alta e média

864.300

100,00

399.575.382

100,00

Figura 5.10 Infra-estruturas mal concebidas dão origem a ravinas e até voçorocas gigantes. (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.11 Processo de erosão ativa na ativi-

dade de mineração em portos de areia (Rio Paraíba, 1979). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Transporte de Sedimentos - Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

Figura 5.12 Bacia hidrográfica e relacionamento com a produção de sedimentos. (A) Foto de 1996 da Alta Bacia do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP). (B)Foto de 1979 da Média Bacia do Rio Paraíba do Sul em Pindamonhangaba (SP). (São Paulo, Estado/ DAEE/SPH/CTH/FCTH) (C) Foto de 2000 da foz do Rio Juqueriquerê entre Caraguatatuba e São Sebastião (SP). (Base)

grossa, média e fina, segregando-se paulatinamente rumo ao médio e baixo curso, havendo a geração de sedimento mais fino silteargilosos, que vem a se depositar nas áreas de menor turbulência como lama. De um modo geral: •

Na alta bacia há maior erosão e transporte de sedimentos, com forte degradação dos solos, representando grande fonte de sedimentos.

•

Na média bacia a erosão diminui pelo decréscimo das declividades e pela menor intensidade das chuvadas, correspondendo à área de transferência de sedimentos, com formação de braços e meandros fluviais.

•

Na parte baixa da bacia a maior parte dos sedimentos erodidos produz agradação, distribuindo-se os depósitos no leito e nas várzeas.

Na Fig. 5.13 observam-se efeitos de erosão de margem e, nas Figs. 5.14 e 5.15, os efeitos de assoreamentos pelo fato de a produção de sedimentos a montante (aporte) superar a capacidade de transporte de sedimentos do rio. Nas grandes corridas de detritos (debris flow), material de todas as dimensões, incluindo árvores, desce as encostas em aludes.

.263

Introdução

ttéz

• .,--;!'.4"0

Figura 5.13 (A)Erosão em margem do Rio Ribeira de Iguape entre Sete Barras e Registro (SP), 1987. (B)Erosão de margem no Córrego dos Meninos, Grande São Paulo, década de 1980. (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.14 Fotos de 1971 do assoreamento produzido na Baixa Bacia do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP), em consequência dos grandes efeitos dos aludes das grandes chuvadas do verão de 1967. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH)

-;420

Nk.....a.1*-~

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Á

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•

•

,2

Transporte de Sedimentos - Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

Figura 5.15 Assoreamento ao longo do baixo curso do Rio Santo Antônio em Caraguatatuba (SP), na década de 1970. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH)

5.1.4 A viabilidade de obras de Engenharia Hidráulica e o transporte de sedimentos O transporte de materiais sólidos em escoamentos é importante para o estudo de viabilidade técnico-econômica e ambiental de um grande número de obras de Engenharia Hidráulica, podendo-se citar: •

Na Hidráulica Fluvial: obras de melhoria da geometria e cinemática do escoamento, visando navegação, controle de cheias, defesa das áreas ribeirinhas, estabilidade de obras fluviais, abastecimento de á,gua, conservação do solo e da vegetação da bacia hidrográfica. Trata-se da construção de diques, espigões, soleiras, revestimentos de canais, cortes de meandros, dragagens e derrocamentos, estudos de canais e confluências.

•

Nos aproveitamentos hidráulicos: assoreamento de reservatórios e tomadas d'água (ver Fig. 5.16), ensecadeiras (ver Fig. 5.17), erosões junto às fundações de pilares de pontes (ver Fig. 5.18) ou a jusante de vertedores de barragens, decantação e difusão de sólidos em tratamentos d'água e efluentes, canais industriais ou de irrigação, abrasão de tubulações, bombas e turbinas, transporte sólido por conduto forçado (lododutos e minerodutos).

•

Em Hidráulica Marítima: assoreamento de portos e canais navegáveis, defesa dos litorais contra erosões, serviços de dragagem.

A eficiência de numerosas obras hidráulicas tem sido seriamente afetada, com prejuízos que vão até a inutilização total, por não terem sido devidamente considerados os problemas de transporte sólido.

Introdução

Figura 5.16 Esquema de formação de depósitos de sedimentos nos reservatórios com indicação dos principais impactos decorrentes. No limite da vida útil, o reservatório fica reduzido a fio d'água, sem capacidade de laminação das cheias. Em estágios intermediários de assoreamento, o volume de espera das cheias reduz a potência geradora de usinas hidroelétricas.

Remansamento das águas Sedimentação por remansamento

Frente deltaica

Talvegue original

Formação deltaica

Tendência deposicional

Tendência erosiva

• N.A. máx. ...................................

Extravasamentos

... *

.............

Volume morto

...............

.........

Retenção de nutrientes

Desgaste nos equipaAlteração )0... Redução de Maiores depleçães mentos morfológica capacidade de para o mesmo hidromecâlaminação volume de espera nicos e maior das cheias: tratamento Empobrecimento das cheias redução da na água da carga geração captada orgânica

Figura 5.17 Ensacadeira no Rio Grande na construção da Barragem de Água Vermelha (SP/MG). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.18 Erosão junto a pilar da ponte no Rio Perequê em Ilhabela (SP).

,2é6.

Transporte de Sedimentos — Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

5.2 MODALIDADES DO TRANSPORTE SÓLIDO Costuma-se distinguir três modalidades em que é composto o transporte sólido total: •

Arrastamento de fundo: as partículas sólidas deslocam-se junto ao fundo por rolamento ou escorregamento sobre outras partículas, sem perder contato com o fundo.

•

Suspensão: as partículas sólidas deslocam-se no meio do escoamento sem entrar em contato com o fundo.

•

Saltitação: as partículas sólidas são alternadamente transportadas por arrastamento e em pequenos saltos.

Em geral, importa apenas considerar as duas primeiras modalidades, pois a saltitação constitui-se numa modalidade híbrida das duas principais. A velocidade das partículas transportadas por arrastamento é sempre muito menor do que a das transportadas em suspensão, aproximando-se esta da velocidade média do escoamento. Além disso, as partículas em suspensão deslocam-se permanentemente e as arrastadas movem-se de forma intermitente, alternando períodos de deslocamento com outros de repouso, em geral sob outras partículas do fundo. A diferença de velocidades das partículas em suspensão e por arrastamento, aliada à circunstância de o transporte em suspensão fazer-se em toda a seção do escoamento, enquanto o transporte por arrastamento se processa apenas numa camada relativamente delgada junto ao fundo, faz com que nos cursos d'água naturais a vazão sólida em suspensão seja, de modo geral, consideravelmente superior à vazão sólida por arrastamento. No alto curso, a vazão sólida em suspensão representa de 90 a 95% do transporte sólido total, reduzindo-se para 65 a 90% à medida que a erosão da bacia vai decrescendo por diminuição da declividade do curso d'água. É a turbulência do escoamento que mantém o material em suspensão. As partículas são transportadas de baixo para cima quando a componente vertical da velocidade turbulenta é ascendente e maior do que a velocidade de decantação das partículas, e de cima para baixo em caso contrário. A forma como ocorre o transporte sólido não proporciona uma nítida separação entre as modalidades, pois na prática estabelece-se uma continuidade entre o material transportado por arrastamento e em suspensão, reduzindo-se progressivamente a concentração desse últhno do fundo para a superfície. Nas mesmas condições hidráulicas, as partículas menores são transportadas em suspensão e as mais grosseiras, por arrastamento. Algumas partículas muito finas podem ser transportadas sempre em suspensão, formando as denominadas suspensões coloidais, decantando somente sob a ação de forças físico-químicas que produzem a floculação (coagulação) das partículas. Esse é o caso da ação da água salobra sobre cargas sedimentares fluviais nos estuários, que, aumentando de dimensão (formam-se flocos com dimensões muito maiores do que as das partículas que os compõem), decantam formando depósitos característicos. Na maioria dos escoamentos fluviais, é o material mais grosseiro, transportado por arrastamento, que concliciona a morfologia (forma) dos leitos. Já nos reservatórios ou em estuários, as condições podem modificar-se completamente, em virtude das babássimas velocidades no primeiro caso e do fenômeno da floculação no segundo.

Curva-chave Sólida

5.3 EQUILíBRIO DOS ESCOAMENTOS COM FUNDO MÓVEL Nos cursos d'água, as vazões liquidas e sólidas não permanecem constantes, sendo as condições de fronteiras variáveis. Costuma-se denominar de equilíbrio dinâmico ou de regime a situação em que o leito, embora sujeito a variações sazonais, acaba por retornar periodicamente a uma topobatimetria semelhante. Esse equilíbrio pode ser rompido por alterações nas condições de alimentação das vazões liquidas e sólidas, alterações das características do escoamento, ou por mudança na geometria dos canais. Porém, a tendência fluvial será sempre de buscar um novo equilíbrio em função das novas condições. A viabilidade das obras hidráulicas está estritamente relacionada com as previsões dessas modificações. A modificação do equilíbrio fluvial com a construção de uma barragem é um exemplo bem característico (ver Fig. 5.16). Devido ao barramento, boa parte da carga sedimentar transportada deposita-se, ocasionando a elevação do leito (assoreamento) a montante. A jusante, a capacidade de transporte fluvial passa a ser maior do que o aporte sedimentar, por causa da maior energia cinética do escoamento em relação à situação original sem barramento e da retenção no reservatório, ocasionando uma tendência de aprofundamento do leito (erosão). Arnbos os aspectos, se mal avaliados, podem ter graves consequências, reduzindo a vida útil e a eficiência do aproveitamento, ocasionando o solapamento de estruturas a jusante, como pilares de pontes, tomadas d'água e obras de proteção de margem, bem como da própria fluidação do barramento. Por outro lado, a influência do barramento na regularização das vazões reduz a capacidade de transporte do rio como um todo, sendo possível que, mais a jusante da zona de erosões, o rio venha a apresentar deposições. Outro exemplo comum é a modificação do regime fluvial como resultado do reflorestamento ou obras de controle de erosões na bacia hidrográfica contribuinte, o que tem sempre uma influência muito mais considerável na redução da vazão sólida do que na redução da vazão liquida, podendo produzir erosões ao longo do curso médio e babco dos rios. Em rios que se subdividem em vários braços, a ruptura do equilíbrio num deles, como o aprofundamento do leito com consequente maior vazão líquida escoada, produzirá consequências nos demais, que, no caso, seriam a redução das vazões liquidas escoadas com prováveis deposições associadas.

5.4 CURVA-CHAVE SÓLIDA As curvas-chave sólidas ou de sedimentos são influenciadas pela variação sazonal do regime fluvial ao longo do ano (período de cheias e estiagem), bem como por ciclos úmidos ou secos de longo período (plurianuais). Assim, para se obterem curvas-chave representativas, é importante que as medições tenham abrangido toda a variação do nível d'água do período considerado, associadas aos respectivos valores de descarga sólida. No traçado de uma curva-chave sólida, é conveniente o uso de gráfico bilogarítmico, devido à grande dispersão dos dados e à grande variação dos valores entre mínimos e máximos. Normalmente, a dispersão de pontos é elevada, havendo uma grande variação de descarga sólida para uma mesma descarga liquida.

,2

,2

Transpor-te de Sedimentos - Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

Nas Figs. 5.19 e 5.20 estão apresentados exemplos de correlações de vazões sólidas estabelecidas no trecho médio-superior do Rio Paraíba do Sul, entre Jacareí e Cachoeira Paulista, em quatro postos seclimentamétricos mantidos pelo DAEE, entre 1979 e 1982. Nas Figs. 5.21 a 5.24, estão apresentados aspectos das medições realizadas no Posto Rio Comprido, em Guaratinguetá (SP).

Figura 5.19 Correlação entre a vazão sólida de arrastamento de fundo e a vazão sólida total no trecho médio-superior do Rio Paraíba do Sul. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.20 Curva-chave sólida entre a vazão líquida e a vazão sólida em suspensão no Posto Rio Comprido no Rio Paraíba do Sul, em Guaratinguetá (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/ CTH/FCTH)

As retas indicam as porcentagens de vazão sólida de fundo com relação à vazão sólida total

As paramétricas correspondem à concentração em mg/L cnE

C3 300

200

100 90

ao 70 60 SO 1 CO

(3,—Q„ 1,655 . 01.3-2

TO

Limites de confiança de 95%

50D

60 MO

60

1 COO

OM

ICCO

5.CCO

Q„(t/dia)

Q„ = 1,655 Q1'312 (Coeficiente de correlação r = 0,888)

,20

Curva-chave Sólida

Figura 5.21 Pontão flutuante utilizado no Posto Sedimentométrico do Rio Comprido no Rio Paraíba do Sul, em Guaratinguetá (SP). (São Paulo, Estado/ DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.22 Descida de turbidissonda para coleta de sedimentos em suspensão no Posto Sedimentométrico do Rio Comprido no Rio Paraíba do Sul, em Guaratinguetá (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

,2 70

Figura 5.23 Extração da garrafa amostradora de sedimentos em suspensão da turbidissonda no Posto Sedimentométrico do Rio Comprido no Rio Paraíba do Sul (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 5.24 Operação de descida de aparelho amostrador de vazão sólida de fundo no Posto Sedimentométrico do Rio Comprido no Rio Paraíba do Sul (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Transporte de Sedimentos - Curva-chave e Distribuição das Tensões na Fronteira

,2

Distribuição de Tensões de Arrastamento na Fronteira

5.5 DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES DE ARRASTAMENTO NA FRONTEIRA A distribuição de tensões de arrastamento, que o esçoamento exerce sobre a fronteira, o leito e taludes, caracteriza-se pelos parâmetros: 'Y h A

tensão de arrastamento peso específico da água profundidade da água área molhada perímetro molhado raio hidráulico declividade do canal

A tensão de arrastamento no fundo em canal de largura indefinida é deduzida a partir do esquema de forças apresentado na Fig. 5.25. O equih'brio de forças do volume de controle isolado corresponde a: T0/3" = y Ax - sen a ...To = yRH sen a

Escoamento

peso de água do volume de controle

força de atrito na fronteira

Para as condições de canal largo = i), resulta

(RH

N.A.

Figura 5.25

- h) e reduzida declividade (sen a - tga

Esquema de forças atuante num perfil longitudinal de um escoamento uniforme em canal.

To = Num canal trapezoidal, a distribuição da tensão de arrastamento tem o aspecto indicado na Fig. 5.26. A tensão máxima no fundo é: Tm = KAnhi

A tensão máxima nos lados é: T'm = Anihi

No fundo, Tm ocorre no eixo de simetria do canal. Nos taludes, T'm verifica-se a uma distância do fundo de d = Kdh. Esses coeficientes podem ser tabelados em função da declividade dos taludes das margens (horizontal : vertical) e da relação Ilh, como segue na Tab. 5.2:

TABELA 5.2 Distribuição das tensões de arrastamento do escoamento na fronteira em canais trapezoidais 2/1

O (retangular)

3/2

Km

Kim

Kd

Km

KM

O 0,780

0,650 0,730

0,3

0,565

0,3

0,890 0,940 0,970 0,980 0,990

0,760 0,760 0,770 0,770 0,770

0,2

O 0,780 0,890 0,940 0,970 0,980 0,990

0,2

O 0,372 0,686 0,870 0,936

O 0,468 0,686 0,740 0,744

-

-

-

-

-

-

-

0,2 -

0,2

0,695 0,735 0,743 0,750 0,755 0,760

-

0,2 -

0,2

Kd

-

Kd

RRRR

KM

'

Km

Figura 5.26

Esquematização de um canal trapezoidal. Distribuição de tensões.

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS - INÍCIO DO MOVIMENTO, CONFORMAÇÕES DE FUNDO, RUGOSIDADE

6.1 HIDRÁULICA DOS ESCOAMENTOS COM FUNDO MÓVEL 6.1.1 lei de distribuição de velocidades A forma do perfil de velocidades (v) em profundidade (y crescente a partir do leito) em escoamento turbulento rugoso obedece a uma tendência, que pode ser aproximada pela lei logarítmica de velocidades: v 23 —= u* k

y — + 8,5

sendo: v: velocidade local do escoamento à distância y do fundo

u.

k: ks:

Y

: velocidade de atrito do escoamento (-y: peso específico da água,

massa específica da água, h: lâmina d'água, J: declividade da linha de energia) constante de Von Karman (= 0,4 em água límpida', 0,2 em água muito turva) rugosidade equivalente do leito

Esta lei tem sido verificada por diversos autores em observações de campo, e os maiores desvios em relação às medições ocorrem mais próximos da superfície livre, em razão do atrito do escoamento com o ar.

,2 74

Transporte de Sedimentos - Início do Movimento, Conformações de Fundo, Rugosidade

6.1.2 Perdas de carga nos escoamentos com fundo móvel Sabe-se que, quando se sobrepõem dois ou mais sistemas de rugosidades num escoamento, as contribuições de cada um dos sistemas podem ser calculadas separadamente e adicionadas para se determinar o valor total da perda de carga. Para os escoamentos com fundo móvel, a resistência oposta pelas margens, em geral, varia pouco com o regime de escoamento, dependendo do material que as constitui ou da natureza da sua cobertura vegetal. Se o canal for largo, como acontece usualmente nos cursos d'água naturais com fundo móvel, interessa fundamentalmente a resistência do fundo. Essa última pode ser decomposta na resistência devida à rugosidade dos grãos ou rugosidade superficial, e na devida às conformações de fundo que o leito forma quando há transporte sólido, que é conhecida como rugosidade de forma. Assim: ks = k's + k'; sendo ks a rugosidade equivalente total (' = superficiar = de forma) Meyer-Peter e Müller propuseram a decomposição da inclinação da linha de energia: J = J' + J"

Os termos ligados à rugosidade superficial participam diretamente no transporte do material móvel e costumam, por isso, ser designados de efetivos. Os termos ligados à rugosidade de forma correspondem à energia dissipada nas conformações de fundo e têm valores dependentes das suas características.

6.1.3 Turbulência A turbulência é o fator preponderante no transporte de sedimentos em suspensão. Como se sabe, num escoamento turbulento permanente, a velocidade em cada ponto está sujeita a flutuações temporais, tanto de intensidade como de direção. A variação pode expressar-se por:

u' u= v = v' w + w' sendo os termos 27, 27) os valores médios dos componentes de velocidade nos três eixos ortogonais, e u', v', w' são as fiutuações, cujo valor médio no tempo é nulo.

6.2 PROPRIEDADES DOS SEDIMENTOS 6.2.1 Caracterização As dimensões dos sedimentos influem tanto na rugosidade superficial de fundo como na mobilidade deles. Podem classificar-se granulometricamente em: • Partículas finas o suficiente para serem mantidas em suspensão pelo movimento browniano. São partículas argilosas, com diâmetro D inferior a 5 Jim (Associação Brasileira de Normas Técnicas — ABNT).

,275

Propriedades dos Sedimentos

•

Partículas finas o suficiente para serem facilmente transportadas em suspensão pelo escoamento. São siltes (5 Km < D < 50 Km) e areias finas (50 irim < D < 400 Km), segundo a classificação da ABNT.

•

Partículas mais grosseiras transportadas por arrastamento. Trata-se de areias médias e grossas (0,4 mm < D < 5 mm) ou pedregulhos (D > 5 mm), segundo a classificação da ABNT.

A presença de mais de 10% em peso de partículas argilosas numa amostra é suficiente para induzir propriedades coesivas ao material. Na Fig. 6.1 apresentamse curvas granulométricas típicas do material em suspensão e no leito. O peso específico dos grãos eys) dos sedimentos varia geralmente pouco, sendo mais comum o valor médio 2,65 gf/cm3 (sflica). Para caracterizar os sedimentos do ponto de vista de sua mobilidade, é também frequente recorrer-se à velocidade de decantação ou sedimentação (w), pois esse parâmetro é uma medida da energia dissipada no movimento relativo das partículas e do fluido, traduzindo simultaneamente a influência de dimensões, forma e peso específico e ainda a da viscosidade e do peso específico da água. A sua estimativa faz-se, em geral, recorrendo-se a ábacos obtidos experimentalmente.

6.2.2 Origem Há duas classes principais quanto à origem dos sedimentos: •

Sedimentos originados na área da bacia hidrográfica e trazidos por lavagem superficial. Trata-se de sedimentos mais finos do que os eroclidos e transportados no curso d'água, apresentando maiores concentrações nos períodos de cheias. São constituídos preponderantemente por argila e silte e transportados em suspensão coloidal, não tendo sido objeto de análise neste capítulo.

•

Sedimentos erodidos no próprio leito e nas margens pelas correntes.

61O' 'ã ã

°

Curvas granulométricas típicas de material em suspensão e do leito numa seção fuvial.

5 o 2O'6' O2-6- O12 E>

12Ots8O

/

Material do leito

Material em suspensão

/ / i i i 0,001

0,01

i

/ 1-1-HO 1

E

I --f- f H 1

Diâmetro das partículas em mm

10

Porcen tag em retida

-----

nn

Pedregulho

/

o (-5

Porcen tag e m p o ssan te

Areia grossa

Areia fina

'

1 n

Figura 6.1 Silfe

Argila

,2

Transporte de Sedimentos — Início do Movimento, Conformações de Fundo, Rugosidade

6.3 INíCIO DO TRANSPORTE SÓLIDO POR ARRASTAMENTO 6.3.1 Considerações gerais Os principais parâmetros envolvidos com o transporte sólido próximo do leito são os seguintes: e massa es-

•

Propriedades intrínsecas da água: viscosidade dinâmica pecífica (p).

•

Propriedades do material granular: dimensão (D), massa específica (ps) e peso especffico submerso eys'), forma dos grãos e da curva granulométrica.

•

Dinâmica do escoamento: profundidade (h), velocidade de atrito (u.) e forma da seção transversal.

(II)

O fenômeno bifásico é inteiramente determinado por combinações adimensionais que envolvem esses parâmetros.

6.3.2 Início do transporte Na prática, muitas vezes é importante conhecer as condições críticas de início do transporte sólido no leito, em função da estabilidade dos canais. No caso mais comum, em que o material do leito é constituído de granulometria não-uniforme, o movimento se dá de forma progressiva, à medida que aumentam a velocidade do escoamento junto ao fundo e a correspondente tensão de arraste tangencial sobre o leito. Assim, começam a mover-se primeiro grãos com menores dimensões e/ou mais expostos às solicitações do escoamento, e só algum tempo depois verifica-se um transporte generalizado. Dois conceitos são usualmente adotados nesses estudos: o de tensão de arrastamento crítica no leito e o de velocidade crítica de erosão, abaixo de cujos valores o movimento dos sedimentos é insignificante. Existem várias correlações empíricas que expressam os dois conceitos. A comparação das diversas formulações mostra certa discrepância entre os resultados obtidos por vários autores, contudo não é exagerada e está de acordo com a dispersão habitual de estudos de transporte de sedimentos. Entre os métodos que utilizam o conceito de tensão de arrastamento crítica, o critério de Shields é o mais consagrado. Com base na análise dimensional, Shields estabeleceu uma relação, em termos aclimensionais, entre a tensão de arrastamento e a dimensão dos grãos (ver Fig. 6.2), sendo: parâmetro de Shields número de Reynolds de atrito da partícula To: tensão de arrastamento do escoamento sobre o leito. Corresponde a •yhJ D: dimensão característica dos sedimentos do leito (normalmente, D50 ou Dni, isto é, mediano ou mecho) u.: velocidade de atrito do escoamento v: viscosidade cinemática da água

X2:

,2 77

Início do Transporte Sólido por Arrastamento

Figura 6.2 Diagrama de Shields.

0,2

0,1 0,08 0,06

_ To x2 - 'Y'sp 0,04

Movimento Repouso

0,02

0,01 1O

u,,D =— v

1 .000

1 00

A curva do diagrama de Shields separa o plano em dois campos: um de movimento e outro de repouso. Essa relação foi originalmente proposta para observações experimentais em escoamentos permanentes unidirecionais e pró)dmos do regime uniforme, com água sem sedimentos em suspensão, sobre leito plano de material solto de granulometria uniforme. A análise da forma da curva de Shields mostra que, para os escoamentos naturais correntes, ou seja, com valores elevados de pode-se considerar X2c (valor crítico) como 0,06, correspondendo, portanto, a uma proporcionalidade direta entre a tensão de arrastamento crítica e a dimensão do material. As tensões criticas de arrastamento para materiais não-coesivos grosseiros, considerando ângulo de repouso do material e talude da margem, são no fundo: To

(kgf/m2) = 0,8 D75 (cm)

sendo D75 o diâmetro correspondente a 75% em peso de materiais de diâmetro inferior. Nos taludes: TP = KT0

onde K é função do ângulo de repouso O do material e do ângulo dos taludes com a horizontal (I) (ver Fig. 6.3).

—o ao a)

-e-

Figura 6.3 Ângulos de repouso e K de materiais não-coesivos grosseiros.

5-4

T) 40

.2 35

E

O 35

-o o o

-c 30 E 25 O

o_ 30

‘, j3 20

E a) -a

g- 15

E225

lo

O

-o

c

:92 5 O

'"( 20 25

4 6 810 152025 30 50 70 100 cr) c Diâmetro (rnm)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

K

,2

Transporte de Sedimentos - Início do Movimento, Conformações de Fundo, Rugosidade

Na Tab. 6.1 estão apresentados os resultados de tensões críticas de arrastamento para sedimentos não-coesivos finos, em função do diâmetro e da turbidez das águas. TABELA 6.1 Tensões críticas de arrastamento dos sedimentos não-coesivos finos To

Turbidez da água

em kgf/m2 Diâmetro mediano Dso em mm 0,1

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

Água clara

0,12

0,13

0,15

0,20

0,29

0,68

Água com sedimentos finos em pequena quantidade

0,24

0,25

0,27

0,29

0,39

0,81

Água com sedimentos finos em grande quantidade

0,38

0,38

0,41

0,44

0,54

0,90

Na Tab. 6.2 apresentam-se resultados de tensões críticas de arrastamento para sedimentos coesivos, em função da composição e do índice de vazios. TABELA 6.2 Tensões críticas de arrastamento dos sedimentos coesivos To em kgf/m2

Natureza do leito Bem pouco compactado com uma relação de vazios de 1,2 a 2,0

Pouco compactado com uma relação de vazios de 0,6 a 1,2

Compactado com uma relação de vazios de 0,3 a 0,6

Muito compacfado com uma relação de vazios de 0,2 a 0,3

Argilas arenosas (porcentagem de areia inferior a 50%)

0,20

0,77

1,60

3,08

Solos com grandes quantidades de argilas

0,15

0,69

1,49

2,75

Argilas

0,12

0,61

1,37

2,59

Argilas muito finas

0,10

0,47

1,04

1,73

Material coesivo do leito

Um exemplo de correlação velocidade média x dimensão dos grãos para grãos de sfiica está apresentado na Fig. 6.4. Foi proposto por Hjillstrom e permite avaliar os seguintes aspectos: as partículas mais facilmente eroclidas são as areias finas e médias, enquanto silte e argila requerem velocidades críticas mais elevadas, devido à coesão que manifestam, e as areias grossas e pedregulhos, sedimentos soltos de maior peso, também requerem velocidades criticas mais elevadas, por causa da sua

,2 79

Início do Transporte Sólido por Arrastamento

Figura 6.4

Argila o

E o o

▪

Gráfico de Hjülstrom.

Silte

Pedregulho

10.000

Movin ento

1.000

a) O 7,-; O t" c

0,100

,a) E

o

Trar sporte 0,010

o

Sedime ltação 0,001 0,001

0,01

0,1 1,0 Dimensão dos grãos D (mm)

10

resistência mecânica. Outro aspecto importante a observar é o de que os sedimentos são transportados em suspensão com velocidades inferiores às exigidas para o início de transporte (erosão), pois, uma vez iniciado o movimento, perdem o embricamento recíproco e a ocultação entre grãos. Nas Tabs. 6.3 a 6.6 estão apresentados resultados de velocidades de arrastamento críticas para materiais não-coesivos e coesivos, considerando a dimensão característica, a porosidade e composição dos materiais coesivos, fatores corretivos para lâminas d'água e sinuosidade do canal.

TABELA 6.3 Velocidades críticas de arrastamento dos sedimentos não-coesivos Profundidades de água h =1 m canais retilíneos —

Material

Diâmetro mm

Velocidade media ,

Material

M/S

Diâmetro MM

Velocidade media ,

.

M/S

Silte

0,005

0,15

Cascalho fino

15,0

1,20

Areia fina

0,050

0,20

Cascalho médio

25,0

1,40

Areia média

0,250

0,30

Cascalho grosso

40,0

1,80

Areia grossa

1.000

0,55

Cascalho grosso

75,0

2,40

Pedregulho fino

2.500

0,65

Cascalho grosso

100,0

2,70

Pedregulho médio

5.000

0,80

Cascalho grosso

150,0

3,50

Pedregulho grosso

10.000

1,00

Cascalho grosso

200,0

3,90

_Pedregulho grosso

15.000

1,20

,280

Transporte de Sedimentos - Início do Movimento, Conformações de Fundo, Rugosidade

TABELA 6.4 Velocidades críticas de arrastamento dos sedimentos coesivos em m/s) Natureza do leito

.

Bem pouco compactado com uma relação de vazios de 1,2 a 2,0

Pouco compactado com uma relação de vazios de

Compactado com uma relação de vazios de

Muito compacfado com uma relação de vazios de 0,2

0,6 a 1,2

0,3 a 0,6

a 0,3

Argilas arenosas (porcentagem de areia inferior a 50%)

0,45

0,90

1,30

1,80

Solos com grandes quantidades de argilas

0,40

0,85

1,25

1,70

Argilas

0,35

0,80

1,20

1,65

Argilas muito finas

0,32

0,70

1,05

1,35

Material coesivo do leito

TABELA 6.5 Velocidades críticas de arrastamento dos sedimentos Fator corretivo para alturas de água h 1 m

Altura média (m)

0,30

0,50

0,75

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

Fator corretivo

0,80

0,90

0,95

1,00

1,10

- 1,10

1,20

-1,20

TABELA 6.6 Velocidades críticas de arrastamento dos sedimentos Fator corretivo para canais com curvas

Grau de sinuosidade

Retilíneo

Pouco sinuoso

Moderadamente sinuoso

Muito sinuoso

Fator corretivo

1,00

0,95

0,87

0,78

Na Tab. 6.7 estão apresentados ângulos de inclinação de taludes estáveis para diversos materiais. TABELA 6.7 Inclinação dos taludes estáveis ,

Natureza dos taludes

Inclinação horizontal vertical :

Rocha dura, alvenaria ordinária, concreto

O a 1/4

Rocha fissurada, alvenaria de pedra seca

1/2

Argila dura

3/4

Aluviões compactos

1/1

Cascalho grosso

3/2

Terra ordinária, areia grossa

2/1

Terra mexida, areia normal

2,5/1 a 3/1

Conformações de Fundo

,28t

6.4 CONFORMAÇÕES DE FUNDO Uma vez iniciado o transporte por arrastamento, com o crescimento progressivo da velocidade do escoamento (e da tensão de arrastamento no leito), o leito móvel passa a apresentar, em ordem sequencial, as seguintes conformações: leito plano, rugas, dunas, transição e antidunas. As três primeiras constituem o chamado regime inferior do leito, em contraposição ao regime superior que corresponde às demais (ver Fig. 6.5). As rugas são ondulações sensivelmente regulares, com forma aproximadamente sinusoidal, com alturas da ordem dos centímetros e comprimentos de onda da ordem dos decímetros. Deslocam-se para jusante com uma velocidade reduzida comparada com a do escoamento, e suas dimensões são praticamente independentes das do escoamento. As dunas são ondulações muito mais irregulares do que as rugas, que exibem ura talude de montante mais suave em relação ao mais íngreme de jusante, com alturas da ordem dos decímetros e comprimentos de onda da ordem de metros a centenas de metros. Deslocam-se para jusante com uma velocidade muito inferior à do escoamento, e suas dimensões são fortemente dependentes das do escoamento. Quando o escoamento aproxima-se do regime crítico ou o ultrapassa, formamse o leito plano de transição e as antidurias. Essas últimas são ondulações de forma aproximadamente sinusoidal, com dimensões semelhantes à das dunas, associadas sempre em fase a ondas da superfície livre, e cuja forma propaga-se para montante, para jusante ou pode ser estacionária.

Leito plano com ausência de movimento

V,

2

v2 >

v,

-->

3

V3 > V2

Rugas

Dunas

041~11~ 4

5

V4 > V3

V5 > V4

Leito plano de transição

Antidunas

1, 2 e 3: regime inferior do leito 4 e 5: regime superior do leito

Figura 6.5 Conformações de fundo dos leitos móveis.

28,2

Transporte de Sedimentos - Início do Movimento, Conformações de Fundo, Rugosidade

Evidentemente, nas situações em que não esteja presente o leito plano, a rugosidade de forma é muito mais importante na resistência hidráulica oposta ao escoamento do que a rugosidade superficial. Assim, é muito importante estimar as características das conformáções de fundo, pois, para definir corretamente a curva que correlaciona a profundidade do escoamento e a vazão liquida (curva-chave), é fundamental conhecer os coeficientes de resistência ao escoamento. Em consequência da variação da rugosidade de forma, a curva-chave nos escoamentos com leito móvel não é de simples definição, como nos escoamentos com fronteiras fixas, não bastando conhecer uma equação do escoamento, mas requerendo-se também uma equação que relacione a rugosidade com as vazões liquidas. Entre as inúmeras formulações feitas neste tema, deve-se ressaltar a proposta por Van Rijn, quanto às características das dunas:

h—

0,11

(D neI '3 5— 6-°'5T )(25 —T) h r_

-2

Vgvm

T=

18log[

2 U, C

12h 3D90

2 U, C

A = 7s,-3h Ics= 3D90 +1,1A(1—e

-25-1 A

sendo: A: altura da duna D50, Dgo: diâmetros dos sedimentos correspondentes a dimensões em que 50% e 90% dos grãos têm dirnensões inferiores vm: velocidade média do escoamento A: comprimento da duna Cuomo, Ramos e Alfredini (1986), utilizando dados fiuviométricos de 27 postos hidrossedimentológicos de rios do Estado de São Paulo, obtiveram a seguinte relação para expressar a resistência ao escoamento em canais com fimdo móvel no regime inferior do leito: (

7s-7

(

\

q*,-1

=W

s 7)D5o

1' g.D350

em que:

q: vazão específica crg: desvio-padrão da distribuição granulométrica

x = 0,6414 y = 0,1448 z = 0,0077 w = 0,7118

x azg

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS - ARRASTAMENTO DE FUNDO E EM SUSPENSÃO

Cfi/J

7.1 CAPACIDADE DE TRANSPORTE POR ARRASTAMENTO DE FUNDO

/ ,/ /

Têm sido propostas várias fórmulas para o cálculo da capacidade de transporte sólido por arrastamento, no entanto, dada a complexidade das relações em jogo, não se conseguiu elaborar uma expressão analítica de aplicação absolutamente geral. Na realidade, muitas das formulações não diferem essencialmente na sua estrutura, podendo-se atribuir a diversidade eventual de resultados ao fato de as várias expressões somente serem válidas dentro das condições experimentais que serviram de base para o seu estabelecimento. De um modo geral, os métodos utilizados para derivar as várias formulações existentes podem ser assim subdivididos: • • • •

Tipo Du Boys: Qsf = fero — Toc), em que (4 corresponde à vazão sólida de fundo. Tipo Schoklitsch: Qsf =f(Q). Tipo Einstein: Qsf =f (análise dimensional e/ou estatística). Combinação de processos.

Quando se procura determinar a função entre qsf = f(q), isto é, entre vazões sólidas e liquidas específicas (por unidade de largura do escoamento), a partir de várias fórmulas, depara-se geralmente com uma dispersão, mas os resultados de observações realizadas em vários cursos d'água naturais permitem concluir que a lei de variação é, muitas vezes, aproximadamente da seguinte forma: qsf = aqb

sendo a e b constantes com valores dependentes das condições particulares de cada caso. A constante b, contudo, não varia muito, estando em geral compreendida entre 3 e 4. A representação dos valores observados de vazões sólidas e liquidas num gráfico de curva-chave sólida de coordenadas logarítmicas permite determinar os valores de a e b.

/ /

284

Transporte de Sedimentos — Arrastamento de Fundo e em Suspensão

A seguir, apresenta-se a fórmula proposta por Meyer-Peter e Müller, que foi baseada num amplo campo de experimentação:

1"2 yh ( J K'

2

0,047y,' =

0,25.6(q'sf)3

D50

D50

sendo: : vazão sólida em peso submerso por unidade de largura K = 1/n: coeficiente de Strickler (n: coeficiente de Manning) K' = 26 D9i/6 (S.I.) qs'f

A quantidade (K/K)3/2J corresponde à parcela da declividade da linha de energia (J) responsável pela movimentação do material sólido, e o remanescente da energia corresponde à resistência encontrada na formação das conformações de fundo. Esta fórmula pode ser aplicada a escoamentos uniformes, com material de fundo não-uniforme e com conformações de fundo, porém sem concentrações de sedimentos em suspensão muito elevadas.

7.2 TRANSPORTE SÓLIDO EM SUSPENSÃO 7.2.1 Distribuição da concentração de sedimentos transportados em suspensão O transporte de sedimentos em suspensão é resultado da turbulência do escoamento, particularmente da componente vertical das flutuações de velocidade. A concentração de sedimentos aumenta com a proximidade do leito. O fluxo ascendente das partículas é equilibrado em média pelo efeito gravitacional, uma vez que a resultante média das flutuações turbulentas é nula, resultando nulo o fluxo médio nesta direção. A lei de distribuição da concentração em profundidade pode ser dada pela expressão proposta por Rouse: c

_ co

h— y yo

\z

y h— yo )

sendo: c: concentração do material em suspensão à distância y do leito co: concentração de referência à distância yo = 0,05 h do leito z=

ku,

: expoente da lei de Rouse

w: velocidade de queda, sedimentação ou decantação das partículas de sedimento (ver Fig. 7.1) A equação tem validade restrita nas proximidades do leito e na superfície livre, pois as concentrações resultariam, respectivamente, infinita e nula. Vanoni determinou as curvas de variação da concentração adimensional de sedimentos em suspensão em função da profundidade relativa para diferentes valores de z (ver Fig. 7.2). Nas Figs. 7.2 e 7.3, vê-se que os sedimentos mais fmos tendem a uma distribuição mais uniforme em profundidade numa mesma condição de escoamento (u.), pois

285'

Transporte Sólido em Suspensão

;5,1

2

3

4

5 6 7891

2

3

4

5 6 7891

2

3

4

5 6 7891

2

3

4

Figura 7.1

5

10

Fator de forma 0,5

Fator de forma 0,7

Fator de forma 0,9

, /

.4

o

Velocidade de queda de sedimentos de sílica, com diferentes formas, em água destilada em repouso. (*)Considerando um sedimento de forma elipsoidal com semieixos a, b e c na ordem decrescente, o fator

„/

/ è

de forma é igual a

i ,

"/

vab

.

/

/ / /

/

/ ./

./ a' / ,-

/ ../ /

./ / , / . ,/

/

../

V Y P1,:),9 ',1 512 R, 25,,,'

o ° I O1

/

/ ./ ' / / / /

/ /

/

,,, „..-

/ ,--

---24 °C

,1

YSSYYY

2 809 9,, F.F 0.5

// / / /

./ , , ' ,.- „, --- ,,./ ./ ,..

,-

YYPY

/

° 10 1 0,1

2 R 1.3 9 1

100 10 1

F.F.0,7

I

100 10

F.F.0.9

soi

Velocidade de queda (cm/s)

Figura 7.2

Superfície

Distribuição em profundidade da concentração de material sólido em suspensão.

1,0 0,9

0,8

0,7

0,6

Y Y° o 5

h - yo

O4 0,3 _c to 0,2

o

0,1 Fundo

o

O1

O2

O3

O4

O5

O6

0,7

O8

0,9

1O

C CO

Figura 7.3

o çç\ •o

Superfície

g .0

•a

•0

Distribuições verticais de concentração de sedimentos em suspensão que podem ocorrer numa corrente líquida.

286.

Transporte de Sedimentos — Arrastamento de Fundo e em Suspensão

apresentam menor velocidade de decantação e, consequentemente, menor z; por outro lado, quanto maior a energia do escoamento, que é proporcional a u., maior a uniformidade da concentração em profundidade para um mesmo sedimento (portanto, com a mesma velocidade de decantação), pois resultam menores valores de z. Pode-se considerar que a velocidade de decantação é, de certa forma, uma medida da energia necessária para transportar uma partícula sólida em suspensão, assim como a velocidade de atrito é uma medida da capacidade de transporte do rio. Também, que o expoente z é uma medida da energia que o rio utiliza para transportar determinado sedimento: sendo um valor baixo, significa que a energia necessária é mais reduzida.

7.2.2 Determinação da vazão sólida em suspensão A vazão sólida em suspensão por unidade de largura (q„) é obtida integrando o produto da concentração pela velocidade do escoamento em toda a profundidade (ver Fig. 7.4), isto é, h gss=

jcvdy

Esta integração pode ser efetuada por via teórica, aplicando-se as expressões da lei de concentrações de Rouse e da lei logarítmica de velocidades. Figura 7.4

Distribuição da velocidade do escoamento, concentração de sedimentos e vazão sólida nos cursos d'água.

a) Velocidade do escoamento

b) Concentração de sedimento

c) Vazão sólida

287

Transporte Sólido Total

7.3 TRANSPORTE SÓLIDO TOTAL 7.3.1 Transporte sólido efetivo Numa dada seção do escoamento, o transporte sólido efetivo é função do balanço entre a capacidade de transporte sólido das correntes e a disponibilidade de sedimentos a serem transportados (aporte sedimentar). A tendência do comportamento natural é a de sempre buscar atingir a condição de equilíbrio dinâ.mico neste balanço, isto é, que a capacidade de transporte iguale o aporte. Quando a primeira é superior ao segundo, o equilíbrio dinâmico é atingido por processo erosivo, enquanto na situação oposta o é por processo deposicional (ver Fig. 7.5).

7.3.2 Vazão sólida total A vazão sólida total numa dada seção do escoamento é obtida pela soma das vazões correspondentes ao transporte sólido por arrastamento e em suspensão. Essas duas modalidades de transporte foram tratadas separadamente não só porque o meca.nismo de transporte é diferenciado, mas também porque se costuma recorrer a aparelhos cliferentes para medir as duas vazões. Na prática, no entanto, não é possível estabelecer uma separação nítida entre as duas modalidades, mesmo porque elas não são completamente independentes. De fato, considerando-se que o material transportado em suspensão provém do fundo, sua granulometria está representada no material arrastado, o que permite considerar uma continuidade no transporte sólido desde o fundo até a superfície, e é possível relacionar o transporte em suspensão com o transporte por arrastamento. Em certos casos, o material em suspensão não provém do fundo, mas das vertentes da bacia hidrográfica, e nessas circunstâncias o transporte em suspensão é completamente independente do transporte por arrastamento, tendo-se que considerar variáveis de influência fisiográfica da bacia hidrográfica. Os métodos de cálculo da vazão sólida apresentados não incluem os materiais de fina granulometria, que não estão representados no material do leito e provêm diretamente da lavagem superficial da bacia hidrográfica para serem totalmente transportados em suspensão. A vazão sólida desse material mais fino não depende das características hidráulicas do escoamento, mas das características fisiográficas

Figura 7.5

llii Transporte. " " ' solido efetivo Capacidade de transporte do escoamento

Vazão sóli

Tendência deposicional

— — Aporte sólido Tendência erosiva Condição de equilíbrio dinâmico Dimensão característica dos sedimentos

Esquema ilustrativo do transporte sólido efetivo numa dada seção, em função da dimensão característica dos sedimentos.

288

Transporte de Sedimentos — Arrastamento de Fundo e em Suspensão

da bacia hidrográfica e das variações espaciais e temporais das precipitações. A sua determinação somente poderá ser feita recorrendo-se a medições diretas ou a resultados extrapoláveis de medições feitas em outras bacias análogas. As vazões sólidas em suspensão numa dada seção fluvial dependem mais do que se passa a montante, principalmente da alimentação de material sólido fmo proveniente da bacia hidrográfica contribuinte, comparado ao que se passa na vizinhança imediata da própria seção. Com relação à vazão sólida por arrastamento, são as variáveis locais que predominam, as quais são de mais fácil defmição do que as variáveis fisiográficas. As quantidades de sedimentos que os rios transportam para os oceanos correspondem a cifras bastante elevadas. Assim, estima-se que o Rio Amarelo, na China, transporte cerca de 2 bilhões de toneladas por ano; o Rio Ganges, na Índia, 1,5 bilhão; o Rio Amazonas, 0,4 bilhão; o Rio Mississippi, nos Estados Unidos, 0,3 bilhão; o Rio Nilo, no Egito, 0,1 bilhão, entre os maiores contribuintes. Essas cargas dependem do regime de chuvas, da natureza do solo e de sua cobertura vegetal.

E

c

ri

•

•

MORFOLOGIA FLUVIAL PRINCÍPIOS

8.1 INTRODUÇÃO A Morfologia Fluvial é o ramo da Hidráulica Fluvial que estuda a formação, evolução e estabilização dos cursos d'água naturais produzidas pelo escoamento liquido, sendo um ramo da Geomorfologia, parte da Geologia que estuda a evolução da superfície terrestre ao longo das eras geológicas. À medida que o desenvolvimento da ocupação das bacias hidrográficas avança, induzindo crescentes alterações no transporte de sedimentos e, por consequência, no comportamento dos rios, o conhecimento da Morfologia Fluvial torna-se essencial para as obras de Engenharia Fluvial ligadas'à navegação interior, por sistematizar conceitos fluviais fundamentais. Fundamentalmente, a bacia hidrográfica pode ser subdividida morfologicamente (ver Fig. 8.1) em: •

Alta bacia ou curso superior No trecho inicial ou de cabeceiras, o rio tem alta declividade do perfil longitudinal e o escoamento fluvial é de alta velocidade, transportando cargas sedimentares mal selecionadas (bem graduadas, de argilas a grandes blocos) num leito normalmente acidentado e em aprofundamento. A tendência erosiva conduz à redução das declividades a partir do nível de base a jusante, produzindo leito retilíneo e vale encaixado, mesmo porque a menor área da bacia hidrográ.fica contribuinte corresponde a um menor aporte sedimentar.

•

Média bacia ou curso médio Neste trecho de média declividade do perfil longitudinal, a velocidade é relativamente menor do que no curso superior e o rio tende a um perfil de equilíbrio com moderada sinuosidade. O rio tende a continuar aprofundando-se no vale, desenvolvendo trabalho de modelação das margens não consolidadas, as quais deslizam pela ação da corrente e desgastam-se pela abrasão com os materiais carreados. Sendo maior a contribuição da bacia hidrográfica, as vazões são maiores e, nos lugares onde o leito se alarga, decresce a velocidade das correntes e formam-se bancos ou ilhas, por causa da perda de competência na capacidade de transporte das correntes e/ou pela presença de níveis de base.

29 O

Perfil longitudinal do processo hidrossedimentológico

Morfologia Fluvial - Princípios

Tendência erosiva

Perfil de equilíbrio

Tendência de sedimentação

Cone de dejeção

Representação em planta do processo < hidrossedimentológico

Erosão nas encostas

Migração dos meandros

Sedimentação no cone de dejeção

Figura 8.1 Esquema representativo do processo hidrossedimentológico da bacia hidrográfica. (A) e (B) Fotos de 1971 do aspecto da granulometria grosseira na Bacia Hidrográfica do Rio Santo Antõnio em Caraguatatuba (SP). (C) Foto da Bacia Hidrográfica do Rio Santo Antônio, em Caraguatatuba (SP). (D) Foto de 1979 do Rio Piracuama, da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul no Estado de São Paulo. (E)Foto de 1971 da planície costeira de Caraguatatuba. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Introdução

Baixa bacia ou curso inferior

Neste trecho de baixa declividade longitudinal, o decréscimo de velocidade é acentuado, com leito aluvionar e reduzida ação erosiva, limitada pela proximidade altimétrica do nível de base final. A tendência à sedimentação é ulteriormente reforçada pelo grande aporte de contribuição de toda a área da bacia hidrográfica a montante. A Morfologia Fluvial conceitua o nível de base final, segundo o qual o nível do mar corresponde àquele rumo em que os rios tendem a erodir os seus leitos, planificando-se. Existem, ainda, os níveis de base temporários, como lagos naturais e/ou artificiais (reservatórios de barragens), ou soleiras de material do álveo muito resistente (quedas ou corredeiras), que podem desempenhar por muito tempo a função de níveis de base. Outro conceito fundamental diz respeito à evolução fluvial, com a classificação de jovem, madura e senil. Rios jovens possuem grandes declividades e acentuada tendência a erodir os terrenos, com vales de encostas abruptas em forma de "V" e grande número de quedas d'água e corredeiras, sendo denominados de rios de montanha ou torrentes. Nos rios maduros as declividades são menores, as seções de escoamento alargam-se, a topografia torna-se mais plana e os perfis longitudinais passam a variar de maneira gradual, sem quedas e corredeiras, correspondendo a situações próximas ao equilíbrio dinâmico entre a carga de sedimentos aportada de montante e a capacidade de transporte do escoamento. Os rios senis apresentam declividades reduzidas, barragens naturais ao longo das margens e zonas pantanosas no seu entorno, sendo a topografia dos vales extremamente plana por representar o assoreamento tendendo ao aplainamento da topografia e a "estuarização" do rio. Está claro que essa classificação aplica-se a trechos de rios, isto é, tramos de um mesmo rio podem ser classificados de forma diferenciada. Além disso, os limites entre as categorias não são bem definidos, correspondendo, muitas vezes, a transições mais ou menos longas, e não há necessariamente a sequência cronológica unívoca, pois alterações naturais ou artificiais nas condições do escoamento podem mudar o estágio fluvial. Outra classificação de grande utilidade para as obras de Engenharia é a ligada à forma, pela qual os cursos d'água podem ser classificados em retilineos, meartdrados e instáveis. Os canais retilíneos são raros na natureza, pois, mesmo quando as margens são aproximadamente retas, os talvegues são sinuosos, até no caso de o leito atravessar zonas de solo com composição homogênea. É dificil estabelecer um critério único para fronteira entre canais retilíneos e meandrados. Segundo Leopold, Wolman e Miller (1964, apud Bittencourt, 1980), a sinuosidade — razão entre o comprimento L do rio no talvegue Ougar geométrico da linha dos pontos de maior profundidade) e o comprimento do vale C — entre as duas situações seria de 1,5. Os rios meandrados, que se caracterizam em planta pela sucessão de curvas, alternam seções com grandes fossas nas margens côncavas das curvas com bancos nas margens convexas e seções rasas nas inflexões, sendo que os rios em equilíbrio dinâmico normalmente são deste tipo, embora o processo de formação de meandros usualmente esteja em evolução. Os rios instáveis caracterizam-se por grandes declividades, grandes larguras das seções, que são rasas, com talvegues múltiplos e com larguras variáveis, sendo rios que transportam grandes quantidades de sedimentos.

,29t

29,2

Morfologia Fluvial — Princípios

O conceito de Morfologia Fluvial que pode ser considerado a síntese fundamental para a Engenharia é o de equilíbrio dinâmico de um rio. Considerando a escala de tempo das obras de Engenharia, que pode variar de algumas décadas, um rio estará em equilíbrio se o balanço de seus processos de erosão e deposição, ao longo do período estabelecido, não produzir alterações mensuráveis em suas características. Tais rios são, portanto, sistemas em equilíbrio dinâmico, e as vazões liquidas e sólidas são consideradas variáveis independentes das características do canal, as quais, no equilíbrio, atingem uma condição tal que toda a carga de sedimentos trazida pela rede de afluentes é transportada, sem que haja erosão ou deposição no leito. A fundamentação das observações da Morfologia Fluvial sobre semelhanças gerais nos processos de evolução dos rios é apresentada em bases quantitativas, por meio de uma série de relações entre as variáveis do processo da Geometria Hidráulica. O estudo da Geometria Hidráulica visa conhecer de que forma as diversas variáveis do escoamento em canais se ajustam à modificação numa delas, ao que se denomina de resposta fluvial. Os canais aluvionares, que escoam em terrenos compostos por materiais transportados pelos próprios rios ou por outros que os antecederam, são livres para ajustarem suas dimensões, formas e seus perfis longitudinais às alterações hidráulicas. É importante diferenciar o caso dos rios de leito rochoso, cuja morfologia é determinada pelo material constituinte de suas margens e leitos, variando dentro de limites precisos. As duas farrulias clássicas de teoria da Morfologia Fluvial para avaliar a estabilidade dos cursos d'água são: •

as que ligam as características do curso d'água com o seu transporte sólido, vazões liquidas e material do leito (teoria do regime);

•

as que ligam o desenvolvimento planimétrico do curso d'água com o altimétrico longitudinal e transversal, sem correlação explicita com transporte sólido, vazões liquidas e material do leito.

As conclusões dessas teorias, embora divergindo em alguns pontos, podem ser consideradas valiosas ferramentas nos estudos de Morfologia Fluvial.

8.2 TEORIA DO REGIME 8.2.1 Geometria Hidráulica O campo da teoria do regime teve seu início de desenvolvimento nos estudos de pesquisadores ingleses na índia, no Paquistão e no Egito, visando a determinação de relações empíricas entre alguns parâmetros geométricos e hidrossedimentológicos para o dimensionamento de canais de irrigação estáveis. As pesquisas de Leopold e Maddock (1953, apud Bittencourt, 1980) introduziram grande contribuição metodológica ao analisarem a Geometria Hidráulica separadamente para várias vazões liquidas numa dada seção fluvial, bem como para várias seções ao longo do canal para vazões liquidas de mesma frequência (tempo de recorrência). Concluíram que, em ambos os casos, os diversos parâmetros variam com a vazão liquida (Q) como simples expressões exponenciais, a que chamaram Geometria Hidráulica:

Teoria do Regime

Largura do canal na superfície: Profundidade média: Velocidade média: Vazão sólida em suspensão: Declividade do canal: Coeficiente de Manning:

B = agb h = cQf kQm =

i= n = rQY

Pela equação da continuidade, tem-se: Q = Bhvm= ackQbif+m

ack = 1, b + f = m = 1

Os valores de a, c e K variam bastante, mas b, f, j e m têm valores médios muito consistentes para uma dada seção (Leopold, Wolman e Miller, 1964, apud Bittencourt, 1980) em torno de: b = 0,12 a 0,26 f = 0,36 a 0,45 j = 2,2 a 2,5 m = 0,34 a 0,55 y = —0,2 z = 0,05 Fundamentalmente, Q e Q„ são variáveis independentes determinadas por fatores externos, como a hidrologia, características geológicas, pedológicas (solo), topográficas, de cobertura vegetal da bacia hidrográfica etc. Os demais fatores são considerados dependentes e ajustam-se às alterações dos parâmetros independentes.

8.2.2 Resposta fluvial 8.2.2.1 A influência da granulometria do material transportado

Schumm (1971), estudando a influência da carga de sedimentos vasosos (dimensão característica D < 0,074 mm) silteargilosos na geometria do canal, obteve a seguinte relação (sistema inglês de unidades): F _ 55m-1,08

(20,10 F = 56 ni

m0,74 Q0,38

B = 2 3 m0,39 ni h =0,6M°'34Q°'29

sendo: F: Blh M: porcentagem de argila e silte presente no perímetro da seção Qm: vazão média anual

8.2.2.2 Resposta fluvial por meio do estudo do transporte de sedimentos

A resposta fluvial é uma das preocupações centrais da Morfologia Fluvial. Segundo os estudos de Santos-Cayado e Simoons (1972, apud Bittencourt, 1980), relacionase a seguir como respondem as variáveis dependentes (morfologia do canal) às

,29,3

.294

Morfologia Fluvial — Princípios

alterações nas variáveis independentes. O sinal + significa aumento, o sinal — redução, e, não havendo sinal, significa constância, sendo Q., a vazão sólida total (em suspensão e por arrastamento de fundo): Q's'e

i+h-B+ esQ- i-h+Bese i-h+B+ Q'sr Q- i+h-B± Q,Q+ i-h+B+ i+h-B+ i-h+B-

8.2.2.3 Avaliação qualitativa da resposta fluvial

Os estudos anteriormente apresentados sobre Geometria Hidráulica e resposta fluvial a mudanças naturais ou impostas artificialmente permitem o estabelecimento de algumas normas gerais: •

h é diretamente proporcional a Q;

•

B é diretamente proporcional aQea Qs;

•

i é inversamente proporcional a Q e diretamente proporcional a Qs; P, a sinuosidade, é diretamente proporcional declividade do vale e inversamente proporcional a g,.

•

A análise qualitativa das transformações que ocorrem nos perfis longitudinais dos rios para diversos casos de alterações nas condições originais do escoamento é apresentada, exemplificadamente, para as situações mais comuns: •

Retificação do rio principal por corte de meandros A retificação produz aumento de i, que deverá ser compensado por um maior transporte sólido e um processo de erosão regressivo (para montante). O nível médio do rio cairá, significando rebaixamento dos níveis de base dos afluentes, ou seja, aumento da declividade, da erosão regressiva e do transporte sólido, como no rio principal.

•

A construção de uma barragem A construção de uma barragem produz a retenção dos sedimentos transportados pelo rio no reservatório. Conforme visto no subitem 8.2.2.1, para jusante, a mesma vazão Q, ou um pouco menor, com Q, praticamente nulo, irá exigir a redução da declividade (abaixamento do leito), o que ocorrerá pela erosão do leito até ser atingido um perfil de equilíbrio, superando o aumento da profundidade, tornando os níveis de enchente inferiores aos vigentes anteriormente à implantação da barragem. Quando o reservatório se saturar pelo volume de sedimentos e voltar a verter o valor inicial a tendência será para retomar a se atingir a declividade inicial a jusante. A deposição evolui grandes distâncias para montante, provocando a elevação dos níveis de cheia e dos níveis de base dos afluentes.

•

Redução de Q e aumento de A redução da vazão liquida e o aumento da vazão sólida podem ser devidos à maior utilização da terra (uso consuntivo na irrigação e desnudamento de

Evolução dos Cursos d'Água

terrenos), ou a alterações climáticas. Conforme visto no subitem 8.2.2.1, ocorrerá aumento da declividade, que produz elevação do leito e do nivel d'água, redução da profundidade, que tende a rebaixar o nível d'água. É mais provável que a elevação do leito supere a redução de profundidade, resultando em níveis de enchente superiores aos previstos, e aumentando prejuízos com as inundações. Efeitos opostos acontecem com o aumento da cobertura vegetal da bacia hidrográfica.

8.3 EVOLUÇÃO DOS CURSOS D'ÁGUA 8.3.1 Princípios fundamentais que regem a modelação do leito Três princípios fundamentais regem a modelação do leito fluvial: •

Princípio da saturação Considerando os parâmetros fundamentais (Q, [h, Dll, pode-se definir a capacidade de transporte do escoamento como o potencial máximo de transporte de sedimentos numa dada seção, para um dado material, numa dada vazão. A erosão tende a ocorrer nos trechos de maior declividade e/ou menor aporte sólido, e a deposição, nos trechos de menor declividade e/ou maior aporte sólido. Considerando a Fig. 8.1, verifica-se a tendência erosiva na alta bacia (erosão retrógrada dos talvegues), uma vez que o aporte sólido é superado pela capacidade de transporte do escoamento; enquanto há tendência deposicional nos cones de dejeção, acúmulos sedimentares dos aportes de montante pela brusca variação de declividade entre trechos mais íngremes e suaves, ou nos reservatórios de barragens, pois o aporte sólido supera a capacidade de transporte do escoamento. Outros exemplos a citar são a tendência erosiva a jusante de barragens e a tendência deposicional em bacias hidrográficas com pouco recobrimento vegetal, porque o aporte sólido é, respectivamente, menor e maior do que a capacidade de transporte do escoamento.

•

Princípio da declividade Considerando os parâmetros fundamentais (Q, [Qs/Q], [h, Cll, quando a turbidez Qs/Q é maior e [h, C(coeficiente de Chézy)] são menores, a tendência da declividade de equilíbrio ieg é ser maior, o que ocorre com o perfil de equilíbrio sendo atingido por sedimentação. A tendência oposta acontece produzindo perfil de equilíbrio por erosão. Em trechos da alta bacia há o aprofundamento do leito, vale encaixado e retilineo. Na planície aluvionar, ocorre o aumento do percurso fluvial, que se torna sinuoso ou meandrado com vale composto: o leito maior tem maior declividade pela tendência à sedimentação nas grandes enchentes, em que o aporte supera a capacidade de transporte, e o leito médio tem menor declividade (sinuosidade acentuada) pela tendência à erosão nas estiagens, em que o aporte é menor do que a capacidade de transporte (ver Figs. 8.2 e 8.3). Assim, leito mecho, ou genericamente leito, corresponde à calha recoberta pelas águas quando o rio se escoa à borda plena das margens, correspondendo à vazão morfologicamente dominante (com período de retorno entre 1 e 2 anos normalmente), enquanto o leito menor é a parte inferior do leito médio

Morfologia Fluvial - Princípios

1. precipitação na bacia hidrográfica Aguas baixas .............. .........

2. O encharcamento infiltra-se pela água subterrânea e o escoamento superficial alcança o rio relativamente rápido e níveis mais altos infiltram-se pela água subterrânea Aguas de enchentes ordinárias

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3. Precipitação em excesso produz extravasamentos, aumentando adicionalmente os níveis da água subterrânea

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4. Por longo período a água subterrânea continua alimentar o rio Aguas médias

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5. Os escoamentos continuam a responder dinamicamente à chuva e aos níveis de água s,ubterrânea Aguas baixas

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Figura 8.2

Níveis d'água notáveis de uma seção transversal, como combinação de escoamento superficial e infiltração subterrânea.

Figura 8.3

Composição esquemática da seção transversal de um canal composto.

Leito maior Leito médio

Figura 8.4

Modificações do leito de um curso d'água segundo o perfil longitudinal nas cheias e estiagens.

Nível máximo de enchente Nível médio

Evolução dos Cursos d'Água

e corresponde às condições de estiagem. Já o leito maior corresponde ao vale recoberto pelas águas das grandes enchentes, nas águas de transbordamento. Em muitos rios, o comportamento fluvial do perfil de equilíbrio é traduzido por uma curva de concavidade voltada para cima e tangente à horizontal no limite de jusante junto ao nível de base, conforme apresentado na Fig. 8.1. • Princípio da seleção A sedimentação inicia-se com os sedimentos mais grosseiros, enquanto a erosão principia com os sedimentos mais finos. Assim, a granulometria e a declividade do leito fluvial decrescem de montante para jusante. Sternberg admitiu, a partir de verificações em vários rios, a diminuição gradual do peso, causada pela redução de tamanho pela abrasão (desgaste) mútua dos grãos em movimento: P = Poe-cx sendo: po: peso inicial x: distância percorrida c: coeficiente que depende da natureza petrográfica do sedimento p: peso final A abrasão ou desgaste dos grãos no processo de transporte de montante para jusante contribui para a seleção granulométrica, mas não explica totalmente o aflnamento da granulometria.

8.3.2 Perfis longitudinais fluviais A declividade superficial do nível d'água tende a ser mais uniforme nas águas altas, aproximando-se da declividade média do rio, enquanto nas águas baixas a linha d'água apresenta-se em séries de trechos de declividade suave intercalados de trechos mais turbulentos em correspondência aos bancos (altos fundos) (ver Fig. 8.4). A diferente espessura da lâmina d'água exerce influência sobre os sedimentos em seus movimentos progressivos para jusante, levando-os das fossas para acrescer os baixios sucessivos nas cheias, e sendo arrastados dos baixios para as fossas sucessivas na estiagem (ver Fig. 8.4). Assim, as cheias acentuam o aprofundamento das fossas e a elevação dos altos fundos dos bancos, enquanto as águas baixas tendem a nivelar o perfil, concluindo-se que as formas dos perfis longitudinais dos leitos variam consideravelmente com a sazonalidade hidrológica.

8.3.3 Efeito dos filetes líquidos no processo hidrossedimentológico Os rios desenvolvem-se caracterizando-se por trechos com erosão dominante, onde os álveos convergem para a cabeceira de um vale ou planície aluvionar. Nessa última, os depósitos em forma de cone de dejeção, ou planície, apresentam as características descritas no item 8.3.1 no princípio da declividade, isto é, leito médio com percurso sinuoso ou meandrado. A sinuosidade de um rio é uma tendência natural de realização do menor trabalho em curva em terrenos não consolidados e de baixa granulometria (aluvião),

_

298

Morfologia Fluvial — Princípios

e normalmente os trechos retilineos têm comprimentos que não superam 10 vezes a largura do canal. Na Fig. 8.5 está apresentado esquematicamente o escoamento num meandro típico. Os meandros têm a tendência ao deslocamento, procurando na migração ocupar todas as posições possíveis dentro do vale onde estão contidos, a menos que algum obstáculo os impeça, como terrenos naturais consistentes (afloramentos rochosos, jazidas de argila etc.), ou obras de fixação. A migração de um curso d'água é, em princípio, uma consequência do processo hidrossedimentológico. Na Fig. 8.5 observa-se que a profundidade do canal muda sistematicamente ao longo da curva, sendo a seção mais rasa a do ponto de inflexão, e a mais profunda, a do eixo da curva. As formas das seções transversais também mudam: ela é simétrica em relação ao eixo do canal a jusante do ponto de inflexão e mais assimétrica no eixo da curva, onde as maiores profundidades situam-se próximas à margem côncava. Na seção de inflexão, a velocidade da água é a menor do trecho, com uma distribuição assimétrica em que as velocidades maiores estão do lado da margem em que se encontra a concavidade da curva imediatamente anterior. As velocidades crescem do ponto de inflexão até o eixo da curva seguinte. À meia-distância entre o ponto de inflexão e o eixo da curva, a distribuição da velocidade é quase simétrica, com reduzida circulação transversal. O máxi.mo da assimetria na distribuição de velocidade Figura 8.5

Escoamento idealizado num meandro típico. As ilustrações da parte esquerda da figura indicam os vetores velocidade para jusante em cinco seções transversais na curva. A componente lateral da velocidade é indicada pela área triangular hachurada. A ilustração da direita da figura mostra as linhas de corrente na superfície do meandro.

299

Evolução dos Cursos d'Água

ocorre na seção do eixo da curva, com as maiores velocidades situando-se próximas da concavidade da curva e onde a circulação transversal torna-se mais intensa, a qual, combinada com a tendência ao deslocamento de translação do escoamento, dá origem a um movimento helicoidal. Como resultado desSe movimento helicoidal, ocorre o ataque da margem côncava, havendo o mergulho dos filetes liquidos, e o transporte do material erodido para a margem convexa, onde, na ressurgência dos filetes líquidos, é depositado, em parte, pela menor tensão de arrastamento atuante, formando um banco ou barra. Assim, observa-se que a corrente divaga continuamente de uma margem para outra. A formação de correntes transversais, mais acentuadas nos ápices das curvas pela ação centrífuga, produz elevação do nível d'água mais pronunciado na margem côncava do que na convexa. Segundo Grashof, a sobrelevação áz é dada pela equação: v2 (R Az = 2,3—alog cônc g Rconv sendo: velocidade média do escoamento na curva Reanc: raio de curvatura da margem côncava Rconv: raio de curvatura da margem convexa vni:

Quando a laxgura do leito é muito grande, forma-se um banco no meio do canal, dando origem a um duplo talvegue na seção transversal da curva (Fig. 8.6). A erosão das margens côncavas e a deposição nas margens convexas tendem a fazer as curvas dos meandros moverem-se lateralmente, atravessando todo o vale. A evolução do processo hidrossedimentológico nas curvas do meandro faz as alças ficarem cada vez mais fechadas, até o momento em que duas alças se cortam e uma das alças fica abandonada, aumentando a declividade do leito e, portanto, sua capacidade erosiva, remodelando-se todo o sistema a jusante deste ponto em busca de nova situação próxima ao equilíbrio. Seguido Leopold e Langbein (1960), foram sugeridas as seguintes relações empíricas: C = 10,9B1,°1 A = 2,7B1,1 C = 4,7R°,98

Figura 8.6

Talvegue

(A)Talvegue único em curva estreita. (B)Formação de duplo talvegue em curva larga.

Superfície da água

Sedimentação Erosão

300

Morfologia Fluvial — Princípios

sendo: C: comprimento do vale A: amplitude do meandro — distância, medida transversalmente ao vale, entre os ápices sucessivos no eUo R: raio de curvatura medido a partir do eixo do canal

MORFOLOGIA FLUVIAL CARACTERÍSTICAS PLANIALTIMÉTRICAS DOS CURSOS D'ÁGUA DE PLANÍCIE ALUVIONAR

9.1 LEIS DE FARGUE Os estudos realizados no fim do século XIX e início do século XX por Fargue no trecho de planície aluvionar do Rio Garonne (França), com largura média de 100 a 150 m, vazão média de 275 m3/s e máxima de 4.450 m3/s, para meandros suaves com amplitudes entre 150 e 200 m e comprimentos de onda de 922 a 1.670 m, permitiram o enunciado de uma série de leis empíricas, que foram verificadas como válidas para meandros regulares e norteiam a implantação de obras de melhoramento fluviais. Segundo Fargue, um curso d'água é composto somente por curvas (ver Figs. 9.1 a 9.8), as quais se estendem de um ponto de inflexão (curvatura nula) — que divide dois trechos com curvaturas opostas, ou surflexão, que separa dois trechos de curvaturas diversas no mesmo sentido — a outro ponto. A cada ponto de inflexão ou surflexão corresponde uma soleira (ponto de mínima profundidade), e a cada vértice, ponto de máxima curvatura, corresponde uma fossa ou sorvedouro (ponto de máxima profundidade relativa). As leis de Fargue são as seguintes: •

Lei do talvegue: a linha de máxima profundidade (talvegue) ao longo do curso d'água tende a se aproximar da margem côncava, e o material ali escavado se deposita na margem convexa (ver Figs. 9.2 e 9.6).

•

Lei do afastamento: as profundidade máximas das fossas (sorvedouros) na margem côncava e mínimas (soleiras) nas inflexões correspondem aos vértices das curvas e inflexões, respectivamente, deslocados ligeiramente para jusante (aproximadamente, 0,25 B) por efeito de inércia (ver Figs. 9.5 a 9.8).

•

Lei da fossa (sorvedouro), ou do fundo: a profundidade é tanto maior quanto maior for a curvatura no talvegue (1/R) correspondente (maior efeito erosivo).

•

Lei do desenvolvimento: as leis têm validade para as curvas de desenvolvi-

mento médio do curso d'água, isto é, nem muito longas, nem muito curtas com relação à largura do canal (3B4

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OBRAS PORTUÁRIAS E COSTEIRAS

Pdd-j 10 Aranjo Geral Portuário 309 11 Dimensões de Canais e 331 Bacias Portuários 12 Obras de Abrigo Portuárias — Quebramares, Guias-correntes e Espigões 349 13 Obras de Abrigo Portuárias —Dimensionamento/Perfis Transversais/Cotas 367 14 Obras Portuárias Internas — Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios 381 15 Obras Portuárias Internas — Instalações de Movimentação e Armazenamento de Cargas 433 16 Organização, Gerenciamento e Operação Portuária 477 17 Obras de Defesa dos Litorais — Tipos de 495 Obras 18 Obras de Defesa dos Litorais — Estimativa do Impacto sobre a linha de Costa 519 19 Obras Estuarinas 535 20 Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento ambiental 553

ARRANJO GERAL PORTUÁRIO

10.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE PORTOS 10.1.1 Definição O conceito atual de porto, elo de importância na cadeia logística como terminal multimodal, está ligado a: •

Abrigo

Condição primordial de proteção da embarcação-tipo de ventos, ondas e correntes, em que se possa ter condições de acesso à costa (acostagem), visando a movimentação de cargas ou passageiros, por meio de obra de acostagem que proveja pontos de amarração para os cabos da embarcação, garantindo reduzidos movimentos e com mínimos esforços de atracação durante a operação portuária. •

Profundidade e acessibilidade

A lâmina d'água UN-f-è ser compatível com as dimensões da embarcação-tipo (comprimento, boca e calado) no canal de acesso, bacias portuárias (de espera ou evolução) e nos berços de acostagem. •

Área de retroporto

São necessárias áreas terrestres próprias para movimentação de cargas (armazenagem/estocagem/administração portuária) e passageiros. •

Acessos terrestres, aquaviários e aeroviários

São necessários acessos terrestres (rodoviários e/ou ferroviários e/ou dutoviários), aquaviários (hidroviários) e aeroviários para prover eficientemente a chegada ou retirada de cargas e passageiros no porto, considerando a localização dos polos da infra-estrutura de produção e urbana. Nesta logística, deve-se dispor de apropriada infovia para o controle das operações.

3t0

Arranjo Geral Portuário

•

Impacto ambiental

A implantação de um porto traz implicações ao meio físico e biológico adjacente, devendo ser cuidadosamente avaliadas suas implicações socioeconômicas. Atualmente, somente um estudo de impacto ambiental multidisciplinar aprovado pelas agências de controle do meio ambiente governamentais permite a obtenção de licença (prévia, de construção e operação) para novos empreendimentos.

10.1.2 Natureza dos portos Os portos podem ser classificados, em termos de suas características primordiais de abrigo e acessibilidade, em: •

Naturais

São aqueles em que as obras de melhoramento ligadas a abrigo e acessos às obras de acostagem são inexistentes ou de reduzida monta, pois as condições naturais já as proveem para a embarcação-tipo. Frequentemente, são portos estuarinos com canais de barras de boa estabilidade.

•

Artificiais

São aqueles em que as obras de acostagem devem ser providas de obras de melhoramento de abrigo e acessos para a embarcação-tipo.

10.1.3 Localização A classificação quanto à localização dos portos marítimos considera: •

Portos exteriores Os portos exteriores situam-se diretamente na costa. Podem ser do tipo salientes à costa (ganhos à água), quando são implantados aterros que avançam sobre o mar, ou encravados em terra (ganhos à terra), quando são compostos por escavações formando dársenas, píeres, canais e bacias.

•

Portos interiores Os portos interiores podem ser estuarinos, lagunares ou no interior de deltas.

•

Portos ao largo Os portos ao largo da zona de arrebentação, distantes da costa, podem até mesmo não ser providos de abrigo.

10.1.4 Utilização Quanto à carga movimentada e ao tipo de equipamento para tanto, os portos classificam-se em:

Arranjo Geral das Obras Portuárias

•

Portos de carga geral Portos comerciais que movimentam carga geral, isto é, acondicionada em qualquer tipo de invólucro (sacaria, fardos, barris, caixas, bobinas etc.) em pequenas quantidades. Nos portos de carga geral, em princípio, qualquer carga pode ser movimentada, havendo uma tendência geral de unitização dessas cargas em contêineres.

•

Portos especializados Os portos ou terminais especializados movimentam predominantemente determinados tipos de cargas, podendo ser de exportação ou internação de carga, como: granéis sólidos ou liquidos (carga sem embalagem, como os minérios), contêineres, pesqueiros, de lazer (marinas), militares (bases navais) etc.

10.2 OBRAS DE MELHORAMENTO DOS PORTOS Fundamentalmente, as obras de melhoramento dos portos são: externas e internas. As obras externas estão sujeitas às ondas e correntes, são as obras de abrigo (molhes, quebra-mares e espigões), de melhoria das condições de acesso (guiascorrentes), canais de acesso e bacias (espera e evolução). As obras internas são implantadas nas áreas abrigadas, como: obras de acostagem, estruturas para o equipamento de movimentação de carga, retroporto (áreas de estocagem, vias e pá.tios rodoferroviários, oficinas, docas secas e estaleiros). Serviços de dragagem são comuns como obras de melhoramentos, podendo representar vultosos investimentos.

10.3 ARRANJO GERAL DAS OBRAS PORTUÁRIAS 10.3.1 Obras portuárias encravadas na costa ou estuarinas Na Fig. 10.1 está apresentada uma obra encravada na costa (ganho à terra) ou estuarina. Esta solução, muitas vezes, é adotada em embocaduras marítimas (estuarinas, lagunares ou deltaicas), sendo frequentemente complementada por dragagens, além da implantação de guias-correntes em alguns casos. Nas Figs. 10.2 a 10.14 estão apresentados exemplos de alguns portos brasileiros que podem ser enquadrados nesta categoria. Na Fig. 10.15 esquematiza-se a solução de obra portuária encravada (ganho à terra).

342

Arranjo Geral Portuário

Figura 10.1 Arranjo geral de obra portuária

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Figura 10.2 Porto de 'faiai (SC).

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Arranjo Geral das Obras Portuárias

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Figura 10.3 Porto de Sõo Francisco do Sul (SC).

Figura 10.4 Porto de Paranaguá (PR).

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Arranjo Geral Portuário

Figura 10.5 (A) Porto de Santos. (Base) (B)Terminal da Usiminas e Ultrafértil em Cubatão (SP).

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Arranjo Geral das Obras Portuárias

Figura 10.7 Porto de Sepetiba (RJ).

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Figura 10.9 Porto de Niterói (RJ).

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Arranjo Geral Portuário

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Arranjo Geral das Obras Portuárias

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Figura 10.13 Porto de Itaqui (Emap) em São Luís (MA).

Figura 10.12 Terminal de Ponta da Madeira (CVRD), em São Luís (MA).

Figura 10.14 (A) Porto de Belém (PA) da CDP. (B) Porto da Alunorte da CVRD em Vila do Conde (PA). Quilômetros

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Arranjo Geral Portuário

Figura 10.15 Solução encravado na costa.

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Guarujá

10.3.2 Obras portuárias salientes à costa e protegidas por molhes Nas Figs. 10.16(A) e (B) estão apresentadas duas variantes da concepção de obra saliente à costa protegida por molhes de enrocamento ou blocos especiais Nas Figs. 10.17 a 10.25 estão apresentados exemplos de alguns portos brasileiros enquadrados nessa categoria. M °

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Figura 10.16 (A) Arranjo geral de obra portuária saliente à costa protegida por molhe. Porto do Forno (RJ).

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30

Arranjo Geral das Obras Portuárias

Figura 10.16 (Continuação) (B) Solução saliente à costa com molhes. Portocel em Aracruz (ES).

Figura 10.17 Porto de lmbituba (SC).

Figura 10.18 Porto do Forno em Arraial do Cabo (RJ).

3,20

Arranjo Geral Portuário

Figura 10.19 Arranjo geral do Terminal de Ponta Ubu (ES) da CVRD e BHP.

Subestação 138 kV Oficinas e almoxarifado

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Figura 10.20 Complexo Portuário de Tubarõo da CVRD em Vitória (ES). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 10.21 Porto de Barra do Riacho (Portocel) em Aracruz (ES). (São Paulo, Estado/ DAEE/SPH/CTH/FCTH)

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Arranjo Geral das Obras Portuárias Quilômetros

Terminal Marítimo Alte. Jerônimo Gonçalves 2 Oleodut .......... (. ................... c).écn /.. ,Ilhéu Grande . .. 1 ----1 _ f:„-•••••" -, -10

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Figura 10.22 Porto do Malhado em Ilhéus (BA).

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Figura 10.23 Porto de Salvador (BA).

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Arranjo Geral Portuário

Quilômetros

—Ponta do Mucuripe

Figura 10.24 Porto de Suape (PE).

Enseada do Mucuripe

Zona portuária

Ponta do Meireles

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Figura 1.0.25 Porto de Mucuripe, localizado em Fortaleza (CE).

10.3.3 Obra portuária ao largo protegida por quebra-mar A solução para um porto ao largo abrigado está esquematizada na Fig. 10.26, constando de berço de atracação no tardoz de um quebra-mar isolado destacado da cósta e longa ponte de ligação ao retroporto. Na Fig. 10.27 estão apresentados exemplos brasileiros de portos desse tipo.

10.3.4 Outros tipos de arranjos gerais Existem outros tipos de arranjos gerais portuários, como os de acesso naturalmente abrigados, como os portos de São Sebastião do Dersa (ver Fig. 10.28) e Tebar da Petrobras no Canal de São Sebastião (abrigados pela Ilha de São Sebastião), ou os portos-ilha, como o Terminal Salineiro de Areia Branca (RN) (ver Fig. 10.29), era que a ilha artificial abriga os berços de barcaças e no berço 201 o navio atraca sem auxilio de rebocadores. O terminal situa-se a 17 lua da costa.

Arranjo Geral das Obras Portuárias

woinwPari% à' 111 14, -Nig* sor adriernall& tulairut. go _ 111111% 1117~,,„

,3,2,3 Figura 10.26 Arranjo geral de obra portuária protegida por quebra-mar isolado. Terminal Portuário da Salgema em Maceió (AL).

habeit

o O

o sobral ............. /Riacho Maceiá'',. e -• ...... Zona portuária

-

"7 Terminal Portuário da Salgema Quil(5rnetros

/' O

Figura 10.27 (A)Terminal Marítimo de Belmonte (BA). (B)Terminal Portuário Inácio Barbosa da CVRD em Barra dos Coqueiros (SE).

3,24

Arranjo Geral Portuário

Figura 10.28 (A)Foto aérea do Porto de São Sebastião (SP). (Base) (B)Tebar. (C)Porto do Dersa. (D)Porto Pesqueiro de Ilhabela (SP).

Figura 10.29 Porto de Areia Branca (RN) da Salinor.

Localização de Quebra-mares

10.4 LOCALIZAÇÃO DE QUEBRA-MARES Na localização de quebra-mares para abrigo portuário, devem ser considerados fundamentalmente: •

dimensão da área abrigada;

•

grau de abrigo de berços e bacias portuários para operações de movimentação de cargas e manobras dos navios;

•

influência no transporte de sedimentos litorâneo, avaliando a sedimentação na área abrigada e o impacto ambiental de erosão/sedimentação na área costeira adjacente.

Nas Figs. 10.30 a 10.32 estão apresentadas esquematicamente três localizações de quebra-mares, com exemplos de portos brasileiros. Nas Figs. 10.33 e 10.34 estão apresentados dois arranjos portuários com as respectivas alturas de ondas referidas à onda incidente.

Zona abrigada pelo Q-M

Vantagens

Cais

Transporte de sedimentos litorâneo dominante

• Duplo acesso • Comprimento (c) reduzido, principalmente com os berços no tardoz do quebra-mar • Interfere pouco no transporte de sedimentos litorâneo

Berços •-• / Bacia \, de ' evolução /

;

Desvantagens Berços

--11■ 1 C

1-4--

Cais \

—9-1 c ' 12

Moderada

>8512

Lenta

>558 TABELA 11.5

Classificação dos ventos transversais prevalecentes quanto à intensidade (nós)

Severo

>.33 5 48

Moderado

>15533

Fraco

5 15

TABELA 11.6 Classificação das correntes transversais prevalecentes quanto à intensidade (nós)

Forte

>1,552,0

Moderada

> 0,5 5 1,5

Fraca

> 0,2 5 0,5

Negligenciável

5 0,2 TABELA 11.7

Classificação das correntes longitudinais prevalecentes quanto à intensidade (nós)

Forte

> 3,0

Moderada

> 1,5 5. 3,0

Fraca

5.

1,5

1,39

J40

Dimensões de Canais e Bacias Portuários

TABELA 11.8 Classificação quanto à periculosidade da carga transportada Categoria

Carga

,

Baixa

Passageiros; cargas em geral; contêineres; granéis sólidos

Média

Petróleo

Alta

Combustíveis; gás liquefeito de petróleo; metaneiros; butaneiros; produtos químicos de todas as classes

TABELA 11.9 Densidade de encontro de tráfego Categoria

Densidade de tráfego (embarcações/h)

Leve

0-1

Moderada

> 1-3

Pesada

>3

TABELA 11.10 largura adicional devida à folga com a margem Largura adicional

Velocidade da embarcação

Canal externo (não abrigado)

Canal interno (abrigado)

Veloz

0,7 B

Não-recomendável

Moderada

0,5 B

0,5 B

Lenta

0,3 B

0,3 B

Veloz

1,3 B

'Moderada

1,0 B

1,0 B

Lenta

0,5 B

0,5 B

Canal com laterais taludadas e com bancos de areia

Margens íngremes e rígidas, estruturas

-: Não se aplica (não-recomendável).

TABELA 11.11 largura de passagem para canais de mão-dupla '

Largura adicional

Canal externo (não abrigado)

Canal interno (abrigado)

Velocidade da embarcação Veloz

2,0 B

-

Moderada

1,6 B

1,4 B

Lenta

1,2 B

1,0 B

Leve

0,0

0,0

Moderada

0,2 B

0,2 B

Pesada

0,5 B

0,4 B

Densidade de tráfego

-:

Não se aplica (não-recomendável).

Canais de Acesso

TABELA 11.12 Larguras adicionais para canais com seção transversal reta em função de B Largura (a) Velocidade da embarcação . (b) Ventos transversais prevalecentes .

(c) Correntes transversais prevalecentes

(d) Correntes longitudinais prevalecentes

(e) Altura significativa H, e comprimento de onda L

(f) Auxílios à navegação

(g) Superfície do fundo do canal (h) Profundidade do canal (i) Nível de periculosidade da carga

Velocidade da embarcação

Veloz Moderada Lenta Fraco

Todas Veloz Moderado Moderada Lenta Veloz Severo Moderada Lenta Negligenciável Todas Veloz Moderada Fraca Lenta Veloz Moderada Moderada Lenta Veloz Forte Moderada Lenta Fraca Todas Veloz Moderada Moderada Lenta Veloz Forte Moderada Lenta H, 1 e I_ L,p Todas 3 >11,>1 Veloz e Moderada L = Lpp Lenta H, > 3 Veloz e Moderada L > Lpp Lenta Excelente com controle de tráfego Bom Moderado (rara ocorrência de pobre visibilidade) Moderado (frequente ocorrência de pobre visibilidade) Se profundidade __ 1,5 T Se profundidade < 1,5 T e lisa e macia Lisa ou taludada e rígida Rugosa e dura 1,5 T (interno e externo) __. 1,25 T e < 1,5 T (externo) _.. 1,15 T e < 1,5 T (interno) < 1,25 T (externo) < 1,15 T (interno) Baixa Média Alta

- : Não se aplica (não-recomendável).

Canal externo

Canal interno

0,1 B 0,0 0,0 0,0 0,3 B 0,4 B 0,5 B 0,6 B 0,8 B 1,0 B 0,0 0,1 B 0,2 B 0,3 B 0,5 B 0,7 B 1,0 B 0,7 B 1,0 B 1,3 B 0,0 0,0 0,1 B 0,2 B 0,1 B 0,2 B 0,4 B 0,0 2,0 B 1,0 B 0,5 B 3,0 B 2,2 B 1,5 B

0,1 B 0,0 0,0 0,0

0,0 0,1 B

0,0 0,1 B

0,2 B

0,2 B

0,5 B 0,0 0,1 B

0,5 B 0,0 0,1 B

0,1 B 0,2 B 0,0

0,1 B 0,2 B 0,0

0,1 B 0,2 B

0,2 B 0,4 B

0,0 0,5 B 1,0 B

0,0 0,4 B 0,8 B

-

0,4 B 0,5 B -

0,8 B 1,0 B 0,0 -

0,1 B 0,2 B -

0,5 B 0,8 B -

0,0 -

0,1 B 0,2 B -

0,2 B 0,4 B 0,0 -

34t

34,2

Dimensões de Canais e Bacias Portuários

20 18

lâmina , ..._ Relação d'agua-calado

16 14 12

a _ia10 w

1 10

1 15 1,2 1,30 1,50

R: raio de giro L : comprimento entre perpendiculares do navio-tipo PP

Ângulo do leme (°)

Figura 11.11 (A) Raio requerido pela embarcação em função do ângulo de leme e profundidade de água. (B)e (C) A manobra auxiliada por rebocadores em bacias de evolução reduz o raio requerido (atracação do navio Federal Skeena, de 130.000 tpb, no Píer I do Complexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale em Sõo Luís (MA) em maio de 1986). (D)Manobra de atracação no berço do Terminal de Alamoa no Porto de Santos (SP) em agosto de 2002. (E)Berço de rebocadores do Complexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA). (F)Manobra de desatracação de navio dotado de thrusters, dispensando rebocadores (hélices transversais). Porto de Santos (SP).

3 43

Canais de Acesso

Figura 11.12 Faixa de varredura requerida na curva em função do ângulo de leme e profundidade d'água.

Relação lâmina d'água-calado

1,30

1 ,20

/

■

1,15 1,10

„ ".=

ws: sobrelargura B: boca do navio-tipo

0,8 0,6

(Com base em navio porta-contélner com hélice e leme únicos)

0,4 0,2

O

10

20

30 Ângulo do leme (°)

A NBR n° 13.246/95 recomenda quanto a canal de acesso: •

Largura do canal é a distância entre as soleiras dos taludes laterais na profundidade de projeto do canal, considerando sua parametrização de acordo com a boca (B) do maior navio de projeto.

•

Recomenda-se que a diretriz do canal seja retilinea e seu eixo não deve fazer ângulo superior a 15° com a direção predominante de corrente e vento.

•

Na região de obras de travessias, o canal deve apresentar alinhamento retilineo, bem demarcado, de no mínimo 5 comprimentos da maior embarcação da frota que frequenta o porto, sendo de cerca de 2 comprimentos de um dos lados da travessia.

•

Para tráfego em uma faixa de navegação, a largura mínima: o o

•

Para tráfego em duas faixas de navegação, a largura mínima: o o

•

com taludes inclinados: > 6,8 B; com taludes verticais: > 7,4 B.

Declividades dos taludes em função da natureza do solo: o o o o o o

•

com taludes inclinados: > 3,6 B; com taludes verticais: > 4,2 B.

rocha: próximo a vertical; argila rija a média: 1:1 a 1:3; argila arenosa: 1:3 a 1:4; areia grossa a fina: 1:4 a 1:6; areia fina siltosa: 1:6 a 1:10; argila mole e vaza: no máximo 1:10.

Nos canais extensos, com ocorrência de fortes correntes ou ventos transversais à diretriz do canal, a largura mínima deve ser parametrizada pelo comprimento do maior navio de projeto (L):

344

Dimensões de Canais e Bacias Portuários

o o

com uma faixa navegável: 1 L; com duas faixas navegáveis: 1,5 L.

•

Nos trechos em curva, a largura mínima deve ter uma largura adicional não menor que L2/8R e os írechos de transição devem ter variação da ordem de 1 m por 10 m de comprimento.

•

Para o trecho do canal de aproximação, já nas proximidades do porto, a largura mínima deve ser: o o

com tráfego em uma faixa de navegação: 3 B; com tráfego em duas faixas de navegação: 5 B.

11.1.3 Exemplos de canais de acesso portuários Nas Figs. 11.13 a 11.16 estão apresentados exemplos de dois canais de acesso portuários externos (Figs. 11.13, 11.14 e 11.16) e de um interno (Fig. 11.15). Figura 11.13 Batimetria referida à baixa-mar média de sizigia do Golfão Moranhense (MA).

-1,50

O

0

(5 -1,60 ,

4), 0

-1,70

O -30

0-25

9 -1,80

I)

o

C,

c-o,

c-25 -O

76,- -1,90 E 'õ cp -0 -2,00

--' -2,20

o

0

0

5 2 o) -o0 -2,10 2 = o

o

p (.. o

qi. 00 1

irl

-2,30

o

0

25

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o

-20

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dr

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-240

40

.

-2,50

o

-25n O U . 0 -20 5-10,_f-)„._4.

/117-44,30

Ir

São Luís -44,20

-44,10

-44,00

-43,90 -43,80

Longitude (graus decimais)

-43,70 -43,60

-43,50

Canais de Acesso

Figura 11.14

-1,50

Canal de Acesso, áreas de dragagem e de espera para o Complexo Portuário de Ponta da Madeira, Porto de Itaqui e Porto de Alumar, na Baía de São Marcos (MA).

-1,60=

Barca-farol ----7

-1,70-1,80:

Area IV

._... .5 -1,90E

.

'c-3

0 -(3 -2,005 2

Área III Área II

c» a) -2,10-

-o

I6-, -2,20*—Canal de Acesso

, rea I

-2,30

Santana

.—Áreas de espera

-2,40

111

-2,50

São Luis

° São Jose

- o ponta da Madeira

,,,,,,,,,,,, ii,11,/,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, -44,30 -44,20 -44,10 -44,00 -43,90 -43,80 -43,70 -43,60 -43,50 Longitude (graus decimais)

Figura 11.15 Canal de Acesso ao Porto da Alumar em São Luís (MA).

., , 1-7 , ,:"\...‘"-- ; I

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-

Descobre na

\

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0

Descobre na baixa-mor

'(‘'-/-'-\

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O

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Bacia de Evolução 4.2.

4: t--,,

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Baia de Sr:(1■A'arcos .,

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O _

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569.000

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Es4c3 d s CiOftueiros

Bolos 23

3,

Estreito dos Coqueiros

Berço de atracação

15

é'

Canal de Acesso dragado a -9,00 m 13

11

-

-- lio

ni.P.N.^. '4 ';:i3` 41'.4,,i,2 a 22., 1 . " ?..4' ''

.

5

110

9

571.000

7

Descobre no baixam°,

_2.,,,,2,,,„,.`„?,2 ■

Q.-

c

Balizas

lha de São Luis

346-

Dimensões de Canais e Bacias Portuários

Itanhaem Planta de localização do canal -.4.-.4.747:1T•P;%"" --..'" Zona da barra marítima

Fossa da embocadura

, Barra estüqrj 1.000 m E oo -c

Cotas batimétricas (Nível de redução da Marinha) Barra marítima

- 1,5m -

,9

m

- 2,5 m

Barra estuarina -3,0 m - 3,5 m 4,0 m - 4,5 m -5,0 m ,

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

Extensão do canal a partir da extremidade marítima (m) Figura 11.16 Perfil longitudinal do Canal de Acesso ao Estuário do Rio Itanhaém (SP) (1991).

11.2 BACIAS PORTUÁRIAS 11.2.1 Bacias de evolução A localização de uma bacia de evolução para as manobras de atracação e desatracação deve estar protegida de ondas, fortes correntes e ventos, bem como livre de passagem de dutos e cabos submarinos, e outras obstruções (ver Fig. 11.17).

A dimensão da bacia de evolução é função do comprimento e da manobrabilidade da embarcação-tipo, bem como do tempo disponível para efetuar a manobra (se o tempo permitido for reduzido, o diâmetro da bacia de evolução aumenta). A profundidade é calculada de forma semelhante aos canais de acesso, desconsiderando os itens ligados ao movimento da embarcação, sendo a folga sob a quilha de

Bacias Portuárias

347 Figura 11.17 Vista de manobra do modelo físico de Panamax radiocontrolado nos berços do Píer III do Complexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

no mínimo 1 m, valor adotado também para os berços de atracação, para evitar que a embarcação assente no fundo. A dimensão ótima de uma bacia de evolução consiste numa área circular cujo diâmetro é 4 vezes o comprimento da embarcação-tipo. Uma dimensão intermediária, que oferece maior dificuldade de giro, corresponde a 2 vezes o comprimento da embarcação-tipo, tomando mais tempo de manobra e utilizando, além dos recursos de máquina e leme da embarcação, a assistência de rebocadores.

11.2.2 Bacias de espera Uma embarcação fundeada numa única âncora necessita dispor de um círculo de raio igual a 5 vezes a profundidade local em preamares de sizigia acrescido do comprimento do navio e uma folga para eventual movimentação da âncora [da ordem de 5 m correspondendo à boa tença (garra) em prender o ferro]. Já uma embarcação que disponha no fundeio de uma âncora à vante e outra à ré ocupa um círculo da ordem de 1,5 vez o seu comprimento, sendo o círculo necessário para manter a embarcação afilada com as correntes e o vento. A profundidade é calculada de forma semelhante aos canais de acesso, desconsiderando os itens ligados ao movimento da embarcação.

11.2.3 Bacias de berço A NBR n° 13.246/95 recomenda para a bacia do berço de acostagem — sendo L e B, respectivamente, as dimensões do comprimento e boca do maior navio de projeto em local abrigado e sem correntes: comprimento de 1,25 L e largura de 1,25 B com auxilio de rebocadores e comprimento de 1,5 L e largura 1,5 B com seus próprios meios.

348

Dimensões de Canais e Bacias Portuários

OBRAS DE ABRIGO PORTUÁRIAS — QUEBRA-MARES, GUIAS-CORRENTES E ESPIGÕES

12.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE AS OBRAS DE ABRIGO 12.1.1 Função A função das obras de abrigo é a criação de área protegida contra as ondas de gravidade geradas pelo vento (quebra-mares, molhes ou molhes guias-correntes) ou correntes (espigões).

12.1.2 Finalidades As finalidades de implantação de obras de abrigo podem ser: •

Criação de uma bacia portuária. Os quebra-mares (isolados da costa) e molhes (enraizados na costa) abrigam a bacia portuária da agitação ondulatória, enquanto os espigões são obras corta-correntes.

•

Proteção do canal de acesso de portos situados em embocaduras costeiras, quando se denominam de molhes guias-correntes, por se desenvolverem a partir da costa até atingirem profundidades compatíveis com as exigências de navegação. Nesses casos, proveem:

•

o

manutenção dos fundos por preservarem correntes de maré com competência para assegurar as profundidades, garantindo mínimas necessidades de dragagens;

o

estabilidade da embocadura por interceptarem o transporte de sedimentos litorâneo da zona de arrebentação;

o

abrigo do canal de acesso.

Defesa do litoral contra a erosão provocada pelas ondas (quebra-mares isolados e espigões de praia).

C / te,/

350

Obras de Abrigo Portuárias – Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Figura 12.1 (A) Quebra-mar de talude. (B)Vista do enrocamento do cabeço do molhe do Porto de Suape (PE).

Arrebentação

%Is%

1014•

tifer -11 •r... givakm9.1114, Ibied.•••,1010 • 40 ah a■ mi0iiikwaildkilbibliffl■MADAD.105.41.".","nreowatt.""~P"..1glibinin

12.2 TIPOS CONVENCIONAIS DE OBRAS DE ABRIGO Os tipos convencionais de obras de abrigo são os mais usados nas obras de maior porte. É feita menção à obra de quebra-mares, ou molhes, por ser a mais complexa, entretanto os espigões também seguem estruturas semelhantes. •

Quebra-mar de talude (Figura 12.1)

•

Características gerais: o formado por maciço de seção transversal trapezoidal constituída por blocos de enrocamento ou concreto; o é o mais tradicional e ainda muito usado; o é de fácil construção e manutenção, sendo eficiente no amortecimento da energia das ondas.

•

Funcionamento hidráulico: o a dissipação da energia das ondas se dá por turbulência na arrebentação das ondas e por atrito sobre o talude; o a anebentação ocorre quando a onda atinge profundidades de 1 a 1,5 vezes a altura da onda.

•

Quebra-mar de parede vertical (Fig. 12.2)

3

Tipos Convencionais de Obras de Abrigo

Figura 12.2 Quebra-mar de parede vertical.

Ação de impacto Onda incidente

Mar

Porto

Onda refletida

■

1119110.411.1111114 41.131111WIIIIMMIDAIMIL '

Manto de regularização

•

Características gerais: o

o o o o o •

formado por parede vertical, impermeável, constituída por caixões de concreto armado lastreados de areia, blocos maciços de concreto ou estacas-prancha; a fundação é constituída por um manto de regularização de enrocamento; reduz ao mínimo o volume da obra; tem a desvantagem de sofrer ruína abrupta se os esforços solicitantes excederem os níveis de projeto; exige equipamentos de construção mais softsticados;. as maiores profundidades de implantação estão em tomo de 15 m.

Funcionamento hidráulico: o o o

produz a reflexão da onda incidente, cuja energia é enviada para o largo, produzindo uma onda estacionária (clapotis) à frente da obra pela sobreposição das ondas incidentes e refletidas; o clapotis arrebenta a partir de profundidades de 2 a 2,5 vezes a altura da onda incidente; recomenda-se a adoção desse tipo de obra somente em profundidades superiores às citadas para evitar as pressões dinâmicas da arrebentação sobre a parede (produzindo a compressão de bolsas de ar que formam jatos d'água de grande altura gifle) e a erosão do manto de regularização no pé da estrutura e o seu descalçamento. —

•

Quebra-mar misto (Fig. 12.3) Figura12.3 Quebra-mar misto.

Clapotis

Mar

/7///:///('/,

Arrebentação

sO

• • ••

■ aMtar...-110Le.

Porto

Obras de Abrigo Portuárias — Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Figura 12.4 Quebra mar de estrutura mista.

Superestrutura

-

Arrebentação Porto

Mar

•

Características gerais: o o

o •

Funcionamento hidráulico: o o

•

é um tipo intermediário aos anteriores, composto por uma maciço de enrocamento submerso sobre o qual é assentada uma parede vertical; permite estender o quebra-mar de tipo vertical a maiores profundidades ou em terrenos de menor resistência (argilas marinhas moles, por exemplo); em gera1, é de manutenção dispencliosa.

dependendo da altura da onda e da maré, podem ocorrer os fenômenos de reflexão, arrebentação ou ambos; as ondas são refletidas pela parede vertical nas preamares mas arrebentam contra a parede ou no talude de enrocamento na baixa-mar.

Quebra-mar de estrutura mista (Fig. 12.4): consiste num quebra-mar de talude com uma superestrutura destinada a complementar a proteção contra o galgamento das ondas.

12.3 TIPOS NÃO-CONVENCIONAIS DE OBRAS DE ABRIGO São menos utilizados, e se encontram em obras especiais ou de menor vulto. •

Quebra-mar com núcleo de areia ou argila

•

Pode ser utilizado quando: o o o

a ação das ondas for moderada; houver insuficiência de enrocamento; o terreno de fundação for pouco resistente e corresponder a uma grande espessura, inviabilizando a sua remoção e substituição.

•

Tem taludes reduzidíssimos (1:6) e é revestido por camadas de betume ou concreto.

•

Quebra-mar descontínuo: pode ser estaqueado ou flutuante (fundeado) (Fig. 12.5)

3,5:3

Tipos Não-convencionais de Obras de Abrigo

3D Estrutura 4

Zona semiabrigada

Transferência de energia

4--›

Zona semiabrigada

Transferência de energia

Ancoragem

Ancoragem

Figura 12.5

•

Tem funcionamento semelhante ao quebra-mar de parede vertical, refletindo as ondas.

•

A transferência de energia das ondas sob a estrutura proporciona somente um abrigo parcial. No caso do flutuante, a oscilação da peça que o constitui transforma-o num gerador de ondas secundárias.

•

O flutuante pode ser usado em fazendas de peixes, abrigos provisórios de obras, marinas etc.

•

Quebra-mar de parede vertical com caixões de parede frontal perfurada (Fig. 12.6)

•

Baseia-se na dissipação da energia das ondas por jatos de alta velocidade gerados pelas ondas incidentes nas perfurações do paramento.

•

A eficiência na dissipação de energia depende das dimensões e do espaçamento dos orifícios, da distância das paredes e separação das células.

•

Quebra-mar pneumático (Fig. 12.7)

Quebra-mares descontínuos. (A) Estaqueado. (B)Flutuante.

Arrebentaçõo Figura 12.6 Caixão perfurado.

Duto submarino Figura 12.7 Quebra-mar pneumático.

354

Obras de Abrigo Portuárias — Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Superestrutura Zona abrigada

Espraiamento Mar

Camadas intermediárias de filtros

Nível de preamar de sizigia Berma PN

—Berma.

Núcleo -5 m Figura 12.8 Seção transversal de quebra-mar de talude.

-5 m

•

Proporciona proteção contra ondas relativamente curtas.

•

Consiste na emissão de jatos de ar comprimido (ou líquidos) a partir de um duto assentado no fundo do mar.

•

Quebra-mar de berma

•

O projeto de quebra-mares de enrocamento pode ser desenvolvido de maneira convencional (ver Fig. 12.8), com uma armadura ou carapaça constituída no mínimo por duas camadas de blocos que não se desloquem por ação das ondas (quebra-mar de talude), ou de uma maneira não-convencional, com um enrocamento formado por uma berma com blocos de variadas dimensões, constituindo-se no quebra-mar de berma (ver Fig. 12.9).

•

O quebra-mar de berma consiste numa massa porosa de blocos de enrocamento, com largura suficiente para permitir a dissipação da energia das ondas. A porosidade média da berma é grande por utilizar uma faixa granulométrica bem estendida, permitindo que a onda incidente percole na berma e perca sua energia.

•

Os blocos de enrocamento do maciço da berma podem se movimentar sob a ação das ondas, produzindo a acomodação do perfil do lado do mar, conduzindo a seção transversal a um perfil mais estável e consolidado.

•

A Fig. 12.9 apresenta o esquema de uma seção transversal típica de quebramar de berma, com o perfil construído com uma largura inicial de berma, e o perfil acomodado, após a ação das ondas de projeto, com uma largura resultante menor.

•

O quebra-mar de berma possui estabilidade maior do que o quebra-mar de talude, pois a grande massa porosa da berma de enrocamento permite a propagação das ondas dentro dela, dissipando mais energia do que no quebramar de talude, em que o fluxo é restrito devido à reduzida permeabilidade da armadura. Além disso, a ação das ondas faz com que a estabilidade da seção transversal do quebra-mar de berma aumente, com um perfil estabilizado desenvolvido sob a ação das ondas mais consolidado, e com um intertravamento entre os blocos maximizado.

•

Nos quebra-mares de berma, podem ser utilizados blocos mais leves e com uma maximização da utilização da pedreira local, sendo a produção da pedreira separada em menor número de categorias.

35:5'

Escolha do Tipo de Obra

gOffl

•

.

-

Porto

Berma

Mar Nível de preamar

Nível de baixa-mar \Perfil do talude original Núcleo

Berma Perfil acomodado

12.4 ESCOLHA DO TIPO DE OBRA Fundamentalmente, a escolha do tipo de obra de abrigo depende de: • • • •

Disponibilidade de enrocamento. Profundidade. Onda de projeto. Condição de fundação. Camadas de argila marinha mole costumam estar presentes, pois há 18.000 anos o N.M.M. esteve mais de 100 m abaixo do atual, fazendo com que as planícies aluvionares estivessem mais avançadas na plataforma continental. O quebra-mar de Barra dos Coqueiros, por exemplo, em sua concepção original rompeu o solo em área com artesianismo, já que a sobrecarga para adensamento da fundação produziu ruptura geotécnica.

Além disso, o dimensionamento das obras de abrigo das ondas, como os molhes (ver Fig. 12.10), difere das obras de abrigo das correntes, como os espigões em áreas de fortes correntes (ver Fig. 12.11). Deve-se também considerar a possibilidade de nos trechos mais solicitados das obras ocorrer a substituição dos blocos naturais de armadura por blocos de concreto de formas complexas [ver Figs. 12.12(A) e (B)], de modo a ter-se menor peso unitário, mas maior eficiência unitária de absorção de energia pelo seu embricamento. As obras marítimas necessitam de manutenção, como qualquer outra obra civil, sob pena de se deteriorarem e perderem sua funcionalidade [ver Figs. 12.12(C) e (D)]. No final da década de 1990, após mais de 80 anos de sua construção, os molhes de Rio Grande tiveram uma grande obra de manutenção, em que os maiores blocos de armadura de granito vermelho de 12 tf foram repostos por tetrápodos de 8 tf, aptos a resistir a ondas significativas de 50 anos de período de retorno com alturas de 7 m. Para a expansão dos molhes, estão previstos tetrápodos de 12 tf.

Figura 12.9 (A) Enrocamento do quebra-mar de berma do Terminal Portuário Inácio Barbosa da Vale em Barra dos Coqueiros (SE). (B)Seção transversal típica de quebra-mar de berma.

,35é.

Obras de Abrigo Portuárias - Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

30"

41° 40'

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30"

Figura 12.10 Planta do arranjo geral dos molhes do Porto de Luis Correia (PI).

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41° 40'

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357

Escolha do Tipo de Obra

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Planta 180°

132,92

B

I>

Cota da maré máxima (TR = 50 anos) +7,00 4

Armadura

3

3

Núcleo

r-

-4,50

P > 500 kg Pmax 3.000 kg

N

4.k`k"

SeçãO longitudinal — AA do Espigão Sul

Unidades em metros Cotas DHN-MB

+7,00

Seção transversal típica — BB do Espigão Sul Unidades em metros Cotas DHN-MB

Figura 12.11 Arranjo geral do Terminal Marítimo da Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA). (Souza e Alfredini, 1993)

3.5)8

Obras de Abrigo Portuárias - Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

AP wq w

o Planta

Planta

Fundo

Fundo

A Elevação --,-0,1'w /e \

Quadripodo

Elevação

Â

Ó

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9

Planta

III. Ir

Planta

Fundo

Fundo

EM

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Elevação

Tetrápodo

Dolos

Elevação

FIGURA 12.12 (A) Blocos de formas complexas. Vistas de quadripodos, tetrápodos, dolos e tribares usados como unidades de armaduras. (B)Tetrápodos utilizados no reforço de cabeço das guias-correntes em Torres (RS). (C) Ressaca de 10 de agosto de 2005 galgando o molhe do Porto de lmbituba (SC). (D)Efeito da ressaca de junho de 2006 sobre o enrocamento do molhe do terminal de barcaças da CST em Vitória (ES). (São Paulo, Estado/ DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Tribar

1

Escolha do Tipo de Obra

3,59

Ensaios em modelos físicos são a principal ferramenta para a determinação das características e dimensões dos quebra-mares nos projetos básicos e executivos dessas estruturas. O método construtivo também deve ser cuidadosamente avaliado no projeto de uma obra de abrigo. Como exemplo, apresenta-se na Fig. 12.13 um processo construtivo para um maciço em talude. Na Fig. 12.14 apresentam-se aspectos das obras nos maciços de enrocamento dos espigões de abrigo do Complexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale (19801987) em São Luis (MA). Nas Figs. 12.15 e 12.16 estão apresentados exemplos de obras com utilização de blocos artificiais de concreto. Na Fig. 12.15 apresenta-se uma obra de abrigo na Ilha da Madeira (Portugal) com reforço da carapaça com bicos artificiais de concreto. Nas Figs. 12.17 e 12.18 visualizam-se obras com blocos especiais de concreto.

Elevação típica Construção por terra (ponta de aterro)

4, Preamar

Construção por via flutuante

4--- Caminhão basculante Guindaste

"6 E

°

Op eraç ão por via flu tua nte

a -c)(1) o u, c 2o cl aE O a)

Pá carregadeira

1„,u59 11=‘ 0:›

= 11111111111. o

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°2

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j=1

Planta

Figura 12.13 Construção de maciço em talude.

Obras de Abrigo Portuárias - Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Figura 12.14 (A) Enrocamento de Ponta da Madeira, em Sã'o Luís (MA). Exploração da pedreira de Rosário (1980), desmonte da bancada rochosa granítica por perfuração e colocação de explosivos, remoção dos blocos por pá carregadeira e transporte por caminhões basculantes. (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Escolha do Tipo de Obra

Figura 12.14 (Continuação) (B)Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luís (MA). Avanço em ponta de aterro dos maciços dos espigões Sul e Norte, com arrumação por pá carregadeira (1980). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/ FCTH)

".

f 4er".

Figura 12.14 (Continuação) (C) Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luís (MA). Avanço em ponta de aterro do núcleo e armadura do Espigão Norte (1981). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

3 6-,2

Figura 12.14 (Continuação)

(D) Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luís (MA). Finalização do basculamento e posicionamento de blocos de armadura, com guindaste com caçamba de mandíbulas. Cabeço do Espigão Sul (1983). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Obras de Abrigo Portuárias - Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Escolha do 'Tipo de Obra

,363

Figura 12.14 (Continuação) (E) Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luís (MA). Arrumação do talude de armadura do Espigão Sul (1983). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

364 Figura 12.14 (Continuação) (F) Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luis (MA). Medição da declividade dos taludes para ajuste ao recomendado de projeto de 4(h):3(V). Talude do Espigão Sul (1983). (São Paulo, Estado/DAEE/ SPH/CTH/FCTH)

Figura 12.14 (Continuação) (G) Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luís (MA). Guindastes fllutuantes e terrestres operando caçambas para movimentação de enrocamento na obra de construção de apêndice defletor no Espigão Norte (1986). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Obras de Abrigo Portuárias - Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Escolha do Tipo de Obra

3 :5' Figura 12.14 (Continuação) (H) Enrocamento de Ponta da Madeira, em São Luís (MA). Meios terrestres e flutuantes operando na obra de rebaixamento da extremidade do Espigão Sul (1987). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Figura 12.15 (A, B) Molhe com blocos artificiais de concreto tipo Antifer em seu trecho exposto ao mar.

36'é'

Obras de Abrigo Portuárias - Quebra-mares, Guias-correntes e Espigões

Figura 12.16 Molhes guias-correntes de Rio Grande (RS), nos quais foi efetuado reforço nos cabeços com tetrápodos.

Figura 12.17 Blocos especiais de concreto para compor recifes artificiais com a finalidade de criar um banco lagosteiro, Porto de Cabedelo (PB).

Figura 12.18 Blocos paralelepipédicos de concreto como obra longitudinal aderente em muro de choque, em Bari (Itália).

OBRAS DE ABRIGO PORTUÁRIAS - DIMENSIONAMENTO, PERFIS TRANSVERSAIS, COTAS

13.1 ANTEPROJETO DE QUEBRA-MAR DE TALUDE 13.1.1 Características gerais da seção transversal Constituem-se em maciços com camadas graduadas de blocos (ver Figs. 13.1 e 13.2): •

PA > PI > PN (uma ou mais camadas de filtros).

•

Critérios de filtro entre camadas visando evitar: perda de finos do núcleo (principalmente no down-rush da onda) acarretando acomodações excessivas das camadas; excessiva penetração da energia das ondas por causa da permeabilidade do maciço. Segundo Terzaghi: Di5 (superior) 4 Di5 (superior) 4

D85 Di5

(inferior). (inferior).

•

Armadura (carapaça ou manto).

•

Suporta a ação direta das ondas.

•

Blocos de enrocamento ou concreto.

•

Crista de altura suficiente para minimizar galgamentos.

•

Superestruturas de concreto (conchas defletoras, por exemplo) reduzem galgamentos, diminuindo a altura e o volume da crista e permitindo a passagem de veículos e tubulações sobre a crista.

•

Camadas de filtros e núcleo (infraestrutura).

•

Dimensionadas para o aproveitamento ótimo do volume disponível de blocos.

36'8

Obras de Abrigo Portuárias - Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas

Camada

Graduação de peso do enrocamento (%)

Armadura ou carapaça Primeira camada intermediária Núcleo e camada junto ao leito

75 a 125 70 a 130 30 a 170

Peso do enrocamento P/10 a P/15 P/200 a P/6.000

Largura da crista (n 3 )

Crista do quebra-mar

H: Altura da onda P: Peso da unidade individual da armadura n: Número de blocos

N.A. máximo de projeto N.A. mínimo de projeto Mar

Porto

Seção transversal de três camadas Figura 13.1 (A)Seção de um maciço de enrocamento com exposição do lado marítimo com condições de galgamento zero ou moderado. (B)Exemplo do trecho GHJ do molhe de abrigo do Porto de Luís Correia (PI).

Bermas • •

Hidráulicas para prevenção da erosão do pé do maciço e pré-arrebentação das ondas. Geotécnicas ou de equilíbrio, visando a estabilidade do maciço.

Flexibilidade estrutural • • •

Admitem certa porcentagem de dano na armadura com ondas superiores às de projeto. Manutenção relativamente fácil nos períodos de calmarias após fortes tempestades. Devem ser evitados danos às camadas de infraestrutura por não serem dimensionadas para resistir à ação direta das ondas.

13.1.2 Composição do maciço A composição do maciço é função de aspectos econômicos (custo de transporte e aproveitamento da pedreira) e do ataque das ondas, podendo ser de enrocamento,

369

Anteprojeto de Quebra-mar de Talude

Peso do enrocamento

Camada

Graduação de peso do enrocamento (%)

Armadura ou carapaça P/10 Primeira camada intermediária e berma de pé P/200 a P/4.000 Núcleo e camada junto ao leito

Largura da crista (n 2 3 )

Crista do quebra-mar Mar

75 a 125 70 a 130 30 a 170

H: Altura da onda P: Peso da unidade individual da armadura n: Número de blocos Porto

N.A. máximo de projeto N.A. mínimo de proj to

n> 2 Mínimo: 0,3 m

P/200 a P/4.000

Min.

Seção transversal de três camadas 7,0

+7,5

s,g

2

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Porto

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10 a 1.000 Kg

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211:A4.414V*40;04 #4" .

F.-,4,,w3F

Medidas em metros Cotas DHN-MB

misto com infraestrutura de enrocamento e armadura com blocos de concreto, ou de blocos de concreto (oneroso para grandes volumes). Apresenta-se a seguir um exemplo de classificação de blocos de enrocamento: % em volume do maciço material fino

(resto de pedreira): P < 50 kg

la categoria

50 kg menor P número de blocos por camada: maior número de blocos 1-> maior K 1-> menor P colocação dos blocos (lançados ou arrumados): arrumados 1-> maior K 1-> menor P corpo ou cabeço do maciço: no extremo do maciço (cabeço) há maior concentração da energia das ondas 1-> menor K è--> maior P

,ya:

TABELA 13.1 Valores sugeridos para K para uso na determinação do peso das unidades da armadura segundo U.S. ARMY (1984) Critério de dano nulo e mínimo galgamento Corpo da estrutura Unidades de armadura Colocação

(4)

Onda não arrebentando 2,4 3,2 2,9

Aleatória

2,0

4,0

Aleatória Especial(6) Especial(1)

2,2 5,8 7,0-20,0

4,5 7,0 8,5-24,0

Enrocamento:

Rugoso e angular Rugoso e angular Rugoso e angular Paralelepipédico(7)

2 >3 1

Aleatória Aleatória Aleatória (4)

2 3 2 2

>

Onda arrebentando 1,2 1,6

Tetrápodo e Quadripodo

2

Aleatória

7,0

8,0

Tribar

2

Aleatória

3,0

10,0

Dolos

2

Al

15,8

31,8

t"•

Declividade do talude

K

K 2) n(3)

Liso e arredondado Liso e arredondado Rugoso e angular

Cabeço da estrutura

Onda arrebentando 1,1 1,4 (4)

1,9 1,6 1,3 2,1 5,3

Onda não arrebentando 1,9 2,3 2,3 3,2 2,8 2,3 4,2 6,4

cot O 1,5 a 3 (5) 15)

1,5 2,0 3,0 (5) (5)

-

5,0 4,5 3,5 8,3 7,8 6,0 8,0 7,0

6,0 5,5 4,0 9,0 8,5 6,5 16,0 14,0

1,5 2,0 3,0 1,5 2,0 3,0 2,0(8) 3,0

Obs.: (I) Os valores de K em itálico não são fundamentados em resultados de ensaios e são fornecidos somente para fins de projeto preliminar. (2)Aplicável para taludes de 1 para 1,5 a 1 para 5. (3) É o número de unidades que compõem a espessura da camada de armadura. (4)O uso de armadura de enrocamento com uma camada composta por uma única unidade não é recomendado para estruturas sujeitas à arrebentação das ondas e somente em condições especiais é recomendável para estruturas sujeitas a ondas que não arrebentam. Quando utilizados, os blocos devem ser cuidadosamente dispostos. (5)Até mais informação estar disponível, o uso de K deve estar limitado a taludes 1 para 1,5 a 1 para 3. (6)Colocação especial com o eixo maior do bloco disposto perpendicularmente à face da estrutura. (7)Blocos de forma paralelepipédica: blocos alongados com dimensão maior que cerca de 3 vezes a menor dimensão. (8)A estabilidade dos dolos em taludes mais íngremes do que 1 para 2 deve ser verificada em ensaios em modelo para cada caso específico.

3 7,2

Obras de Abrigo Portuárias - Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas

13.1.6 Pré-dimensionamento da seção transversal A espessura da armadura em primeira aproximação é dada por: nVP/y sendo os mínimos recomendáveis de camadas: n = 3 para enrocamento; n = 2 para blocos de concreto. As alturas mínimas recomendáveis estão assinaladas na Fig. 13.3. No caso de uso de defletor de ondas, é possível reduzir a altura da crista, contando que o topo do defletor de altura 0,5 H situe-se na cota de mádmo espraiamento. As dimensões das camadas intermediárias de filtro e núcleo têm seus volumes proporcionais à distribuição granulométrica oriunda da pedreira. Nas Figs. 13.4, 13.5 e 13.6 estão apresentados exemplos de molhe e molhes guias-correntes em talude. Figura 13.3 Alturas mínimas recomendáveis para a armadura.

5 a 10m Máximo espraiamento Nível de preamar máxima 1,25 H proj. (com defletor, 0,75 H proi.) Nível médio do mar

Variação da maré

Nível da baixa-mar mínima Figura 13.4 (A) Seções típicas do molhe de Ponta Ubu (ES).

1,50 proj. Máximo refluxo

Porto

Mar

k

+8,5 +6,3 0,00

Correia transportadora Tipo B Tipo C

Tipo A — Blocos de 8 a 12 t, sendo 75% acima de 10 t. Tipo B — Blocos de 3 a 8 t, sendo 75% acima de 6 t. Tipo Bl— Blocos de 5 a 8 t, sendo 75% acima de 7 t.

Seção do corpo Mar

4,5

+5,0 0,0

Tipo C — Blocos até 3 t, com maioria entre 0,5 e 0,75 t. Tipo D — Até 3 t ocasionalmente, sendo 60% entre 25 e 75 kg. Medidas em metros Cotas DHN-MB

Porto

17 m (aprox.) +7,0

Seção do cabeço

37,3

Ante-projeto de Quebra-mar de Talude

Mar

Porto 29,51

21,39

1,5 2,0 2,5

+7,0,

1:2

3-7 t +5,5°

Nível máximo +2,9

2,2

Nível mínimo 0,0 1-2 t -3,0

rr,°- .0

-4,7v

p,0

•

.0 .0

1:1,5

"c‘d.°

> 70 kg (núcleo)

-";

-11,0,

Medidas em metros Cotas DHN-MB Figura 13.4 (b) Seções típicas do Terminal da Salgema em Maceió (AL).

Tabela de Trechos Trecho

Molhe noite

Molhe Sul

Cabeço

0+000 a 0+40

0+000 a 0+040

0+060 a 0+360

0+060 a 0+340

2

0+380 a 0+560

0+360 a 0+480

3

0+580 a 0+720

0+500 a 0+580

o

Proteção da margem existente

41.Transições

+720 0+68'0 '0;640 '6+600 0+560 0+520 0+48 0+4

0+840 0+800 0+760 0+7Z

s+-6kr 1)-1,34o

9320

0+600 d+-5-2,11-o-+32-0- -0-,- - "" - ..

3

0+440 0+400 0+36'''QYrOf -/

-i-'520 O+ 0+680 0+640 0+600 -0-4-860' -0"

2

760

o„

0,280. •

rb`

o,

, -c./Qci .210 • - ;frio 0,, „CYG ."°49c,

Pedra da Aterro Carioca

240

-00 0„ 0„,„ ,,c70 • .00,

7.323,700

-10 0,,

Dique:\

(1) -t

7.323.800

o,280

jotilliiiiiiitiiilii 4B° 0+440 o I ,SfP" ------ , 1.-b"

-3,0

0+600 o 0+820

Dique

xqb

'7.323.600

Morro Sapucaitava

o

ãk 7.323.500 0 Ci

\

E

Coordenados no sistema UVA &dum Córrego Alege Colas referidos oo 1GC O nivel de redução local enconna-se aproximadamente 0,8 m abono do avo do IGCC) 0 Sondagem boilméldco DAEE/1991 Medidas em melros

8

8

oá

co

.0 co .c7)

8

?ir ai c";)

Figura 13.5 Planta do arranjo geral dos molhes guias-correntes do Estudo para Melhoramento da Barra do Rio ltanhaém. (São Paulo, Estado, 1955 a 2004)

7.323.400 8 Q

(D'

-

74

+7,0 m

Canal

Mar 2

-

4

-

2

-

-

-

6

-

Variáve l0, 6 a 1,0 m

6

-2

-

Obras de Abrigo Portuárias - Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas

Cabeço

o

-

- 4 - 2 Variável —3,5 a —4,2 m

5,0

O -2 -4

-4 -20

-30

o

-10

Dique

TABELA DE MATERIAIS

ESTACAS

P. da Saudade

Peso (kgf)

Canal _

+1,6 m Variável +0,7 m —1,0 a 1,0 m

1,5 —11

4

Molhe sul

Molhe norte

Trecho

Discriminação

Intervalo

Médio

Arrnadura

Tetrápodo

10.000

Camada intermediária

600-1.000

800

Núcleo

0,3-50,0

Armadura

6.000-10.000

Camada intermediária

600-1.000

Núcleo

0,3-50,0

Armadura

3.600-3.000

Camada intermediária

360-600

480

Núcleo

0,3-50,0

25

— 2 30

—O -

o

-10

Cabeço

0+000 a 0+040

0+000 a 0+040

10 0+060 a 0+360

1

0+060 a 0+360

Notas: Cotas referidas ao IGC O nível de redução local encontra-se aproximadamente 0,8 m abaixo de zero do IGC Sondagem batimétrica DAEE/1991 A espessura mínima das camadas do maciço é de dois blocos Medidas em metros

0+380 a 0+560

2

0+580 a 0+720

3

Dique

-

-

4

0+380 a 0+480

0+500 a 0+580

130-210

Núcleo

0,3-50,0

25

Rip Rap

130-210

170

Núcleo

0,3-50,0

25

-

variável

-

o

- 10

- 20

Trecho 2

2

-

E

o

2

O

-

Canal

+3,0 m

1,5 1

Í +1 ,5 m

ó

-

O-

20

10 +5,5 m

6,3

Mar

-

-2

—2,5 a —3,5 m

5,0 ,

-30

4

0

o

5,0

.o'0:0

Variável —3,0 a —1,0 m

5,0

,

'°

-

6

-

4 2 O

-

-

- 20 Variáve l0, 6 a 1, 0 m

Trecho 3

-

4

-

2

— —O -

-1 0

20

10 +5,0 m

Mar

5,8

48

+3,0 m Canal 1'5 l k—+1,5m

í—

5,0

Variável - 2,0 a 0,0 m

-2- 20

-10

o

-2 4

o

-

-30

170 _

Figura 13.6 - 6 Seçoes trans- 4 versais dos mo- 2 lhes da obra de guias-correntes ° do Estudo para -- -2 melhoramento da Barra do Rio 30 Itanhaém. (São Paulo, Estado, - 6 1991 A 2001)

-

-4 -30

1.700

1.200-2.200

Canal

Mar

E

-

25 4.800

+6,5 m

o

6

800

Armadura

2: t

-2

25 8.000

Camada intermediária

0+600 a 0+820

-

Trecho 6

30

20

10

10

20

30

375

Metodologia de Projeto de um Quebra-mar de Berma

13.2 METODOLOGIA DE PROJETO DE UM QUEBRA-MAR DE BERMA A acomodação do perfil do lado do mar em quebra-mares de berma é função das seguintes variáveis: • • •

tipo de projeto (dinâmico ou estático); tempestade de projeto (altura, período e rumo da onda) e sua duração; granulometria da armadura: dimensão e forma dos blocos e geometria da berma (cota e largura); permeabilidade do núcleo; profundidade no pé da obra.

• •

Os projetos de quebra-mares de berma ainda são desenvolvidos com base em ensaios em modelos físicos. Nas Figs. 13.7 a 13.10 estão apresentadas características dos dois maiores quebra-mares de berma do Brasil. Figura 13.7 -------

Porto de Pecém, Ceará, localização. (Sayão, 1999)

Oceano Atlântico Área d Porto

Taba

N

Pecém

i

Paracumbucao

()

o

'card

lb

Ceara

ler

o

E

ucuripe

Igi 10

I

15 Porto

5

E

Figura 13.8

----,,,, 11 m I dlik. ip,

o

Berma

70°°.°.'d

fo...-0..

± i

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°

b

'6

Mar

"47141k14.41

o o°

0-5-

Núcleo

'

OVO 1"...., Arda vaus

1:1,25

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O

.: d0•0

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r doVw0.0 o o oo o o ?:".d'O-.0' •°. • °•°. • ° ,,,o,„.,,,o,„. "

0o0

o Vo° 0...0 .,r7,;: .G:,,°,.

Seção transversal do quebra-mar de berma do Porto de Pecém, Ceará.

o

1:1,25

°:•°:c5P0°O•° ° O.:.°::(3°P.:0'•° '' °:".•°::3°Pd'o•°

15

Fundo do mar

-20 O

1'0

á

30

40 Distância (m)

à

,0

70

80

3 76^

Obras de Abrigo Portuárias - Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas

Figura 13.9 Estuário do Rio Sergipe em Aracaju (SE).

t _5

Rio Sergipe

ep ,•

Terminal Portuano de Sergipe Cr

c.)

O

Ponte de Acesso 8

O 50 100 200 m

Figura 13.10 Seção transversal do quebra-mar de berma do Terminal Portuário de Inácio Barbosa da Vale em Barra dos Coqueiros (SE).

Quebra-mar de berma

+2,25 N.A. máximo

emeimm

-O 14 N.A. mínimo O 2,5 3 7,5 10 1,25 Área portuária

Diagrama de Pressões Sobre uma Parede Vertical

377

13.3 DIAGRAMA DE PRESSÕES SOBRE UMA PAREDE VERTICAL Os diagramas de pressões determinados pelas oscilações de clapotis são frequentemente calculados com os diagramas simplificados de Sainflou (ver Figura 13.11), fundamentados na teoria hidrodinâmica. Quando uma onda de altura H e comprimento L se reflete numa parede vertical (3-1-5), o plano médio do clapotis passa a se dar a uma altura „ nH2

811 = — cotgn

27th

L

acima do nível d'água em repouso. O segmento AB da Fig. 13.11 corresponde à carga hidrostática. Os termos de carga Ap -

H 2nh cosh

estão demarcados no fundo à direita (D) e à esquerda (F) do ponto B. A união dos pontos DaCeFaE fornece as linhas de cargas máximas e mínimas a favor da segurança Oinhas tracejadas). Os diagramas de cargas máximas e mínimas, descontado o diagrama de cargas hidrostáticas, estão apresentados na Fig. 13.11. Para a obtenção dos diagramas de pressões, basta multiplicar os diagramas de cargas pelo peso especffico do fluido.

Figura 13.11 Diagramas de pressões de um clapotis em paramento vertical.

Crista do clapotis

•

,

-

N.A.

Pressão máxima

Pressão máxima

•

Pressão \ mínima

Pressão Pressõo hidrostática mínima

meg áp

Ap áp

3 7.8

Obras de Abrigo Portuárias — Dimensionamento, Perfis Transversais, Cotas

13.4 DIMENSIONAMENTO DO PESO DOS BLOCOS DE ESPIGÕES DE ENROCAMENTO Para o cálculo do peso (P) dos blocos de enrocamento em espigões construídos em ponta de aterro, recomenda-se a fórmula de Izbash: P

yv 6 -1--6cK3(2g) 3 (

—1)\ 3

sendo: v: máxima velocidade da corrente na frente de avanço do cabeço do espigão K: parâmetro adimensional que assume o valor de 0,74 no cabeço do espigão peso específico dos blocos do enrocamento 'ya: peso específico da água g: aceleração da gravidade Verifica-se a proporcionalidade com a sexta potência da velocidade da corrente, concluindo-se pela importância da correta adoção desta para o dimensionamento do peso dos blocos. Na Fig. 13.12 estão apresentados resultados obtidos pela fórmula de Izbash e os obtidos em ensaios em modelo físico para o estudo do lançamento do Espigão Norte do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA). Na Fig. 13.13 estão apresentadas algumas das seções transversais tipo dos espigões Sul e Norte do citado terminal.

379

Dimensionamento do Peso dos Blocos de Espigões de Enrocamento

_

Peso do blo co ( kg f)

.

/

Amplitude da maré de 7 m

/

/

/

/

/

\ o/ et .os/ c.6, o `/ 300 kg de maré > 5,0 75% P > 700 kgf

o 00

Pmáx 2.000 kgf

Peso mínimo: 2,5 kgf ko Peso máximo: 1.500 kgf

•=à9 0.0

.3g)

2,5

Seção P4 Espigão Sul entre as seções 240 m e 315

,,,,..10111 4. e ....4e. .4e,e 11Á ,i.,01/11 ''

A„,,,

IA,"

''' gr o 4",..,

A.1140:-

Armadura P > 500 kgf Pmáx1.500 kgf

.1+7,0)

Amplitude.t 5,0 75% P > 50 kgf de maré > 5,0 75% P > 100 kgf

Cal 80°

.ge

P.

Núcleo

Peso mínimo: 2,5 kgf Peso máximo: 300 kgf

41V'

.., ,ig)

°Ofe ír

4,1J9 90,0

oP° 0

o°

1,1

Aiowe '°""" RN Cabeço do Espigão Norte

25 Núcleo Amplitude .t 5,0 75% P > 300 kgf de maré > 5,0 75% P > 700 kgf

;dr" Armadura P > 1.500 kgf Pmáx 3.000 kgf

„Av

Ar

J,se?'

00'°

IP"

Ca 1 80°

Peso mínimo: 2,5 kgf Peso máximo: 700 kgf

dr o

ír

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RN Cabeço do Espigão Sul

Ar'

Medidas em metros Cotas DHN-MB

Figura 13.13 Seções transversais P4, RN e RS dos espigões do Terminal Marítimo de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA). (Carvalho et al., 1989)

OBRAS PORTUÁRIAS INTERNAS - TIPOS DE ESTRUTURAS ACOSTÁVEIS E ACESSÓRIOS

14.1 CARACTERíSTICAS GERAIS, CLASSIFICAÇÃO E TIPOS PRINCIPAIS DAS OBRAS ACOSTÁVEIS As obras portuárias de acostagem constituem-se em obras maciças para resistir aos elevados esforços estruturais, não sendo, portanto, recomendáveis estruturas esbeltas. De fato, estão sujeitas aos seguintes esforços basicamente: • • •

Cargas horizontais elevadas em razão do impacto das embarcações e dos esforços nos cabos de amarração das embarcações atracadas. Cargas verticais concentradas por causa dos equipamentos de movimentação de cargas. Efeitos de empuxos de terras, que podem ser comparáveis aos demais carregamentos.

A adoção da solução de obra acostável mais apropriada vincula-se às condições locais: • • • • • • • • •

características topobatimétricas; condições de solo; são de fundamental importância o cálculo dos empuxos de terra e a capacidade de carga do leito de fundação; análise de possíveis recalques de estruturas; metodologias e custos de dragagem; escavações e estaqueamento; níveis do mar e agitação ondulatória; condições climáticas; corrosividade pelo solo e/ou água do mar e/ou ataque ácido de micro-organismos sobre os materiais de construção, como ocorrido no Porto de Vila do Conde (PA).

C

38,2

Obras Portuárias Internas —Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios

As obras de acostagem podem ser em estrutura contínua ou em elementos discretos.

Obras contínuas Nas concepções estruturais de obras contínuas, as funções de acesso, suporte de equipamentos, atracação (absorção de choques das embarcações) e amarração das embarcações estão integradas na plataforma principal (Figs. 14.1 a 14.5), podendo ser (ver item 14.3.2): •

Cais de paramento fechado ou de face vertical: possuem uma cortina frontal que contém o terrapleno no tardoz, podendo ter solução estrutural de cais com plataforma de alívio, já que a plataforma alivia a cortina dos empuxos, ou não.

•

Cais de paramento aberto: a área sob a plataforma de operações apresenta um talude a partir do fundo do berço de atracação, podendo dispor de plataforma de alivio, ou não.

As soluções anteriormente exemplificadas correspondem a cais corridos com uma frente acostável. Nas Figs. 14.3 e 14.4 está apresentada solução com plataforma contínua, formando píer tipofinger com duas frentes acostáveis. Esta alternativa de concepção estrutural conduz a maior rendimento operacional com relação à anterior, no entanto, sua adoção depende de características topobatimétricas dos berços e bacias e das características do equipamento de movimentação de carga. As concepções estruturais em cais contínuo descritas normalmente utilizam-se de equipamentos de movimentação de carga deslizantes, que se deslocam ao longo da frente acostável. Na Fig. 14.5 tem-se o esquema de uma alternativa de estrutura em cais contínuo com fundações independentes para o equipamento de movimentação de carga e com cortina ancorada.

Obras em estruturas discretas Nesta concepção estrutural, os elementos discretos desempenham funções específicas de acostagem: acesso, suporte de equipamentos, atracação e amarração. Tais concepções estruturais são frequentes em grandes terminais de minérios(*) em geral:

(*) Para navios ULCC, Ultra large crude oil carrier, ULOC, Ultra large ore carrier, VLOC, Very large ore carrier, ou VLCC, Very large crude oil carrier

•

por garantirem maior segurança às obras, pois eventuais danos por acidentes ficam circunscritos a determinadas estruturas;

•

por reduzirem a envergadura das obras, desde que o equipamento de movimentação de carga e a separação das funções estruturais o permitam, o que as faz vantajosas.

Assim, nas Figs. 14.6 e 14.7 apresentam-se exemplos de arranjos gerais de estruturas de acostagem de terminais de granéis liquidos. Nas Figs. 14.8 e 14.9 estão apresentados exemplos de arranjos gerais de estruturas de acostagem de terminais de granéis sólidos de minérios, observando-se que as lanças dos carregadores pivotam em torno de pontos de articulação. As plataformas de amarração e atracação são denominadas de dolfins ou duques d'Alba.

38,3

Características Gerais, Classificação e Tipos Principais das Obras Acostáveis

A

Planta do arranjo geral

Dragado na -9,00

154,85 m Trecho de atuação do descarre ador de navios

-13,00

Área de atuação do descarregador de navios Área de atuação do ¡carregador de navios Braço articulado

Linha de atracação

Defensas

,r)

o ___---%lataforma de líquidos „ „

Trilhos do descarregador — de navios

E

+8,50 Expansão futura

Dolfim de amarração c-

Cabeço de amarração (100 tf) típico

48°03'29" 48°03'29"

onte de acesso

/Trilhos do carregador de navios Fundação da mesa giratória

t

Fundação da torre de transferência

Medidas em metros Cotas DHN-MB

90.750

Corte A-B

29.500

14

)1Faixdecrgmnto

38.250 Comprimento da lança

+50.939

!Posição máxima da lança

+38.900

Posição máxima p/ transf. de porão ' ........

•

+32.334 v

Altura máxima de operação + 29.000 Altura mínima de operação +21.047

1

2°118.460

+7.100 MPM

+5.000 0.000 BMMS -2.953

Berço de atracação

Mesa giratória de retaguarda Transportador linear e mesa giratória frontal 40,000

Figura 14.1 Porto da Alumar em São Luís (MA).

15.300

}I

Medidas em metros Cotas DHN-MB

▪

384

Obras Portuárias Internas —Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios

Área da CVRD

4\>.t)\

7.00C

0.858 30.848

80.000 Barra de ancoragem do carregador 15.800 1.050 10 500 Subestação n° 2 e Torre de Transferência

dta, OU

E ••

80.000 Posição da lança para atracação do navio e manutenção ÇTnlho do carregador

40.000

80.000

Casa de transferencia

nsp. TR 32.402

1.1

iw.,;z6....... -------P3fflffiereene~~ 011piiifflffile il ■ _lu aur..,,

--p-

,

li w, .- ...- . lá---lel - e i eirnew ,..4

%Ic,t, o

>Área da Emap

a ç Tambores: 243.957 (horizontal) Curso máximo do carregador de navios: 179.623

ç TC TR-32.402

co

•

Caminho de rolamento com . 19 Ç Carregada de navios CN-32.401 amin o . e ro amen o com..

".

lieriPN MN Nb bebe.

PF

ui Navio Santos Dumont 107.500 (7.500 tpb

Área de carregamento 195.000

Medidas em milímetros Cotas DHN-MB

Navio Daiko Miau 280.000 1150.000 tPtil

Figura 14.2 Píer II do Complexo Portuário de Ponta da Madeira da Vale em São Luís (MA).

1111111111111111111111111111111!!

//fr ■j:

11,00

11211

(curso de telescopagem)

!h,

mei%

Cabeço de amarração +8,00 N.A. máx. 1--

7 525

16 858

N.A. min.

■

14,000

■

4,667

\,,

150.000 tpb (lastro)

■

7,40

■ Medidas em metros Cotas DHN-MB

150.000 tpb (Carga plena)

cd

38.5'

Características Gerais, Classificação e Tipos Principais das Obras Acostáveis

a — Ponte de acesso b — Píer de rebocadores c — Píer de minério d — Dolfim e — Plataforma de operações

©N

h Píer de petroleiros

150.000 tpb 50.000 tpb

E

•

•

r

•

o o

t'-'

Rebocador 10.900 tpb

Rebocador

e

50.000 tpb

co.

o ca

51 94

>

■

114,73

O O • -4

cc

C"") O N

31,94

cd

Et

68,08 fr

313,18 Medidas em metros

Figura 14.3 Arranjo geral de obras com dois lados acostáveis. Arranjo geral do píer de Ponta Ubu da Vale (ES).

4 K..4" h k" k::M ■:..K.4:31::1".".1C.C:".4.31.:Ilnk.:".C.":1:".11'...k;:"X"."K."."k"::•;:k:::ek::k..".".4".".k"..*"....;:k::k:3C:k:::4::: ■::X:".X::•:".:•..".4".:.4...".k.."A.A.."k"..C."..V:-X:31::k.:...:&:.,,:".k.W.,..1".:!‘ ,;.,...."11:44443114 11 "NI o.% %"/""11Á tikii".1À.!41-111 À. IN AI I. st s. ils si -I s.. si ti Ntstitit;I.: 8,5 m

■

8,5 m

Trilhos dos guindastes

N.A.

Figura 14.4 Superestrutura e estaqueamento do píer de minério de Ponta Ubu da Vale (ES). Estaqueamento vertical espaçado de 5,0 m nas vigas longitudinais externas. Estaqueamento inclinado 3,54 : 1 H com espaçamento variável na viga central. As vigas longitudinais estão espaçadas de 8,5 m e a espessura do tabuleiro varia de 0,35 a 0,50 m.

Placa de ancoragem—;L.

Tirantes

Cortina de estacas prancha

Figura 14.5 Cais de cortina atirantada com fundações independentes para suporte do equipamento deslizante.

Obras Portuárias Internas —Tipos de Estruturas Acostáveis e Acessórios

I (

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•:\'' ,Mancha com deslocamento Mancha em localização duvidosa Mancha sem dados de deslocamento Local do vazamento Praia atingida

•

O 5

São Sebastião

r

Figura 20.15 Deslocamento das manchas de óleo do vazamento ocorrido pelo rompimento do oleoduto em 15/05/1994. O volume vazado foi de 2.700 m3 e a figura representa a situação em 17/05/1994.

5

10

15km

.5'0

Processo de Licenciamento Ambiental

Ubatuba o

8

0

Trópico de Capricórnio OCEANO ATLÂNTICO

Legenda

Caraguatatuba o .1E--

-t-------

--÷Mancha com deslocamento Mancha sem dados de deslocamento e Local do vazamento A Praia atingida

i 5

O

5

10

15km

t Ilhabela São Sebastião

.:::::* . r

,,,

---). ---"'

/'

Ilha de São Sebastião

KÁ

Figura 20.16 Deslocamento das manchas de óleo do vazamento ocorrido pelo rompimento do oleoduto em 15/05/1994. O volume vazado foi de 2.700 m3 e a figura representa a situação em 18/05/1994.

f

570

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

o

3

Trópico de Capricórnio

OCEANO ATLÂNTICO

Legenda

------Mancha com deslocamento Mancha em localização duvidosa Mancha sem dados de deslocamento Local do vazamento • Praia atingida

Caraguatatuba o

V Ilhabela São Sebastião / Ilha de São Sebastião

Figura 20.17 Deslocamento das manchas de óleo do vazamento ocorrido pelo rompimento do oleoduto em 15/05/1994. O volume vazado foi de 2.700 m3 e o período representado é de 19/05 a 02/06/1994.

?r4

5

O

5

10

15km

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

20.4 IMPACTO AMBIENTAL E GERENCIAMENTO AMBIENTAL INTEGRADO 20.4.1 Impacto ambiental causado por emissário submarino No Brasil, a Lei federal n° 6.938/81 estabelece critérios para o licenciamento ambiental de todo empreendimento potencialmente impactante através da Política Nacional de Meio Ambiente, sendo complementada pela Resolução Conama n° 237 de 19 de dezembro de 1997. Entre as atividades sujeitas ao licenciamento ambiental estão os chamados serviços de utilidade, como estações de tratamento de água, interceptores, emissários, estação elevatória e tratamento de esgoto sanitário. A citada Resolução Conama, além de definir os procedimentos de gestão ambiental, caracteriza o licenciamento ambiental em três fases, a saber: Licença Prévia — LP, Licença de Instalação — LI e Licença de Operação — LO. A LP é concedida na fase de planejamento do empreendimento, contendo requisitos básicos a serem atendidos nas fases de localização, instalação e operação, observados os planos municipais, estaduais ou federais de uso do solo. A licença não poderá ser superior a 5 anos. Já a LI autoriza o início da implantação de acordo com as especificações constantes nos programas aprovados, incluindo as medidas de controle ambiental. O prazo dessa licença não poderá ser superior a 6 anos. A LO autoriza a operação da atividade após a verificação do cumprimento das licenças anteriores, além do funcionamento adequado de seus equipamentos de controle de poluição. A validade dessa licença será de, no mínimo, 2 anos e, no máximo, 10 anos, de acordo com o Decreto Estadual n° 47.000/2002. O Decreto prevê no art. 1° que a Secretaria do Meio Ambiente expedirá as licenças anteriormente citadas. Impactos causados durante a fase de construção de emissários submarinos são relatados por Grace (1978) e Gonçalves e Souza (1997). O primeiro autor lista possíveis problemas causados durante a construção, podendo seus efeitos durar de 1 a 2 anos ou até mais, se for construído um emissário longo. A utilização de explosivos em fundos rochosos é um dos primeiros problemas citados pelo autor, mas no Brasil tal técnica não é utilizada para a implantação de um emissário. A dragagem, necessária para o assentamento da tubulação sobre o leito marinho, promove a ressuspensão do sedimento, principalmente em áreas de antigos emissários, havendo entrada de metais pesados, hidrocarbonetos, matéria orgânica, pesticida e material inerte na coluna d'água. Metais pesados e hidrocarbonetos têm normalmente efeito tóxico sobre plâncton e nécton. Além disso, a remobilização e/ou despejo do sedimento alteram as condições para a fixação da fauna e flora bênticas, podendo promover a mortalidade. A ressuspensão de material mais fino pode causar a aderência das partículas em brânquias de peixes e outros organismos filtradores, ocasionando infecções secundárias ou a morte desses organismos. Uma das alternativas para minimizar os problemas decorrentes da dragagem é a utilização de contêineres ou diques para a retenção do sedimento dragado e o descarte em locais apropriados. De acordo com Gonçalves e Souza (1997), outras possíveis alterações ambientais que ocorrem durante as construções da elevatória final e do emissário

57,2

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

terrestre são eventos registrados para toda obra civil, como: interrupção de vias locais para o tráfego, emissão de ruídos, emissão de material particulado, interferência com redes de utilidade pública, bota-fora do material escavado. Já durante a implantação do emissário e da tubulação difusora, os problemas causados são: geração de odores, abertura de vala na praia e zona de arrebentação, dragagem do canal no eixo do emissário, interferência com frequência de praia, interferência no tráfego marítimo, bota-fora do material dragado. Além desses problemas reportados, o tratamento do esgoto em si também gera impacto. Segundo o Guidelines for submarine outfall structures for Mediterranean small and medium-sized coastal communities (Unep/WHO, 1996a), sólidos em suspensão são extremamente prejudiciais ao ambiente marinho, reduzindo a penetração da luz solar na coluna d'água. Especialmente para áreas onde existam bancos de algas, a turbidez causada pelos sólidos em suspensão diminui o tamanho desses bancos. Além disso, pode ocasionar a obstrução de locais de desova, comprometendo a reprodução de muitas espécies de organismos. A sedimentação dessas partículas pode promover a asfixia do ambiente bêntico, principalmente em área com pouca renovação de água. Por outro lado, a suspensão através de fortes correntes afeta a qualidade da água em áreas sensíveis. Os sólidos em suspensão também podem servir como suporte para muitos poluentes adsorvidos (e em especial bactérias e vírus), o que impede a ação depuradora do ambiente marinho. Por essas razões, alguns países proíbem qualquer tipo de descarga sem uma eliminação parcial de sólidos em suspensão. Por exemplo, na França, após o tratamento preliminar (gradeamento e remoção de areia e graxa), obriga-se eliminar, antes da descarga, cerca de 90% dos sólidos sedimentáveis (ou 50 a 60% dos totais de sólidos em suspensão). Essa regulação está no fato de que tais resultados podem ser alcançados dentro de um processo físico simples como a decantação por gravidade. Se os resultados tiverem de ser melhores (acima de 90% dos sólidos em suspensão totais), utilizam-se processos físico-químicos de coagulação, floculação e sedimentação. Processos biológicos como lodos ativados e filtros biológicos também dão bons resultados para a remoção desses sólidos e são recomendados para áreas denominadas sensíveis quando grande parte da matéria orgânica deve ser eliminada antes da descarga dos efluentes no mar. A princípio, toda a matéria orgânica gerada pelo esgoto urbano pode servir de alimento aos organismos, havendo somente duas situações de risco ambiental pela deposição desse material orgânico: •

quando o conteúdo ou a renovação de oxigênio dissolvido são inadequados para garantir a biodegradação;

•

e quando a água está estagnada ou sua renovação é insuficiente.

As situações descritas são encontradas em locais mais abrigados como baías e enseadas, onde as correntes de menor dinâmica não penetram e há contraindicação para a instalação de emissário submarino. Outra situação desfavorável à degradação da matéria orgânica se dá quando acontece um termoclina, fenômeno que ocorre com frequência durante o verão no Mediterrâneo. Em ambos os casos, a biodegradação de matéria orgânica é inibida pela inadequada

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renovação do oxigênio, resultando num decréscimo de componentes na forma oxidada (sulfatos, nitratos, fosfatos), havendo então a eutrofização. Substâncias tóxicas (orgânicas e inorgânicas) não são em sua maioria degradáveis, retendo suas propriedades tóxicas durante longo período. Esgoto urbano contém algumas dessas substâncias, mas a recomendação do Guideline da Unep/ WHO (1996a) é que se faça um tratamento adequado para os efluentes industriais, visando abater as cargas de poluentes. Sendo assim, o tratamento preconizado para efluentes domésticos não deverá ser aplicado, ficando a cargo das indústrias se comprometerem em utilizar processos adequados para a eliminação dessas substâncias tóxicas. Outro impacto ambiental que necessita ser considerado refere-se à desinfecção do esgoto urbano antes de sua descarga no oceano, especialmente o processo por desinfecção química. Ela é baseada em propriedades bactericidas de agentes oxidantes como cloro, ozônio e brometo, e sua utilização não é desejável por várias razões. Uma delas se refere à conhecida resistência dos vírus ao tratamento por cloro. Outras razões descritas no trabalho emitido pela Unep/WHO (1996a) são: •

Efluentes que contenham compostos nitrogenados, especialmente amônia, formam cloraminas, que são menos bactericidas do que o cloro, porém tóxicas para a fauna marinha em concentrações menores que 0,02 mg/L.

•

Equipamentos de desinfecção são sensíveis durante a sua operação, o que obriga a reparos constantes, ocasionando interrupções que resultam em nãocumprimento dos padrões de qualidade em áreas a serem protegidas.

•

A instalação e os custos operacionais de um sistema de desinfecção química, o qual necessita de um constante e cuidadoso monitoramento, e em muitos casos, de valor proibitivo.

Outras desvantagens apontadas pela Usepa (1999) mostram que o cloro livre é letal e seu efeito é mais rápido quando ocorre em baixas concentrações, menores que as cloraminas. Durante a cloração, formam-se os chamados tri-halometanos, ácidos acéticos halogenados e halofenóis, que são identificados como tóxicos ou considerados potencialmente carcinogênicos (Blatchley et aL , 1997; Brungs, 1973; Bull et al. , 1990; Kool et al. , 1982; Meier et al. , 1987, todos apud Yang et ai , 2000). Estando em forma livre, a toxicidade do cloro no meio ambiente aumenta com a diminuição do pH e a elevação da temperatura. O cloro também pode contribuir para o crescimento dos micro-organismos patogênicos, pois "quebra" cadeias de proteínas em moléculas menores, peptídeos e outros aminoácidos que podem ser utilizados pelos coliformes (Usepa, 1999). O Guideline (Unep/WHO, 1996a) considera que essas desvantagens apontadas, principalmente no que se refere à eficácia na redução de patógenos, não são controláveis na prática e sobrepõem-se às vantagens, que somente se apresentariam no caso de uma continuidade na operação dos equipamentos de desinfecção. Quanto à desvantagem econômica, Burrows et al (1998) citam uma estimativa realizada no Reino Unido: com 30% da população despejando seu esgoto em águas costeiras, em que o custo da introdução de um tratamento secundário completo deve ser 3 vezes maior do que a implementação de um emissário submarino.

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20.4.2 Critérios de emissão de cargas poluentes Neste item são discutidas as principais medidas adotadas pelos órgãos ambientais e/ou comunidades internacionais visando estabelecer normas e critérios para o controle da emissão de efluentes, especialmente no que se refere aos oriundos do esgotamento sanitário. É importante salientar que há problemas comuns associados ao levantamento e à implementação de padrões, especialmente nos países em desenvolvimento, como destaca Von Sperling (2000). O autor lista em detalhes cada problema (Tab. 20.3), o que deveria ser feito e o que frequentemente ocorre, sendo alguns destacados a seguir.

TABELA 20.3 Problemas comuns associados ao estabelecimento e à implementação de padrões, principalmente em países em desenvolvimento Problema

Como deve ser feito

Como é frequente

Guidelines são adotados como padrão

Guidelines possuem valores de alcance mundial. Cada país deve adaptar-se, baseado em condições locais (de ordem econômica, institucional, tecnológica e climática), resultando em padrões nacionais

Guidelines sõo diretamente colocados como padrões nacionais, sem reconhecer as singularidades do país. Os padrões são diretamente copiados, pela falta de confiança na capacidade em desenvolver conhecimento, conveniência, falta de conhecimento ou pelo pouco conhecimento transferido de consultorias internacionais. Implicações de custo não são consideradas. Os padrões tornam-se puramente teóricos e não são implementados nem cumpridos Valores de Guidelines são tratados como valores rígidos absolutos, sem reconhecer dificuldades em muitos países no cumprimento dos padrões

solutos e não como valores-alvo

Valores de Guidelines devem ser tratados como valores-alvo, dependendo das condições tecnológicas, financeiras ou institucionais da nação

Medidas de proteção que não atingem os padrões recomendados não podem obter licença ou financiamento

Agências ambientais devem emitir as licenças e os bancos devem prover fundos para medidas de controle (por ex., ETE) com o intuito de melhorar a qualidade da água, mesmo que os padrões não sejam imediatamente atingidos

Agências ambientais ou instituições financeiras não dão suporte a medidas de controle; sem licenciamento ou financiamento, medidas intermediárias não são implementadas. A solução ideal, quando aprovada, também não é implementada por falta de fundos

Alguns padrões são excessivamente restritivos ou tolerantes

Padrões devem refletir os objetivos e critérios de qualidade da água, baseados na destinação do uso da água

Em muitos casos, os padrões são excessivamente restritivos, mais do que seria necessário para garantir o uso da água. Neste caso, frequentemente não são cumpridos. Projetistas também precisam utilizar fatores adicionais de proteção no projeto, aumentando os custos. Em outros casos, os padrões são excessivamente tolerantes, não garantindo a proteção pretendida nos usos da água

Não há recursos tecnológicos para o cumprimento dos padrões

Tecnologias de controle devem ter condições de financiamento nos países. O uso de tecnologia apropriada deve ser a meta a ser alcançada

Tecnologias existentes são, em muitos casos, excessivamente caras para os países em desenvolvimento, por não serem apropriadas ou por não haver prioridade em sua utilização

nacional, sendo frequentemente copiados de países desenvolvidos

Valores de Guidefines são tratados como valores ab-

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TABELA 20.3 (Continuação) Problemas comuns associados ao estabelecimento e à implementação de padrões, principalmente em países em desenvolvimento Problema

Como deve ser feito

Como é frequente

Números de parômetros são frequentemente inadequados (muitos ou poucos)

A lista de parâmetros deve refletir a proteção desejada ao uso da água, sem excessos ou limitações

Em alguns países, os padrões incluem uma lista com excessivos parâmetros, muitos dos quais não apresentam importância regional atual; são muito caros para monitorar ou não há capacidade laboratorial para análises. Em outras situações, os padrões são cobertos por uma lista limitada de parâmetros, os quais não são suficientes para proteger o uso da água

Requisitos para o monitoramento são indefinidos ou inadequados

Requisitos para o monitoramento e a frequência de amostragens devem ser definidos para promover uma apropriada interpretação estatística dos resultados. A implicação de custo para o monitoramento necessário deve considerar toda a estrutura de regulamentações

Em muitos casos, os requisitos não são especificados, dificultando a interpretação dos resultados. Em outros, requisitos de monitoramento são excessivos, elevando o custo de forma desnecessária. Em outros casos, os requisitos são tolerantes, não permitindo uma confiança na interpretação dos resultados

Porcentagem de cumprimento não é definida

Deve estar claro como interpretar os resultados do monitoramento e relacionar o comprimento dos padrões (por ex., valores médios, valores máximos, valores absolutos, percentil ou outros critérios)

A não-especificação de como tratar os resultados do monitoramento pode conduzir a diferentes interpretações, resultando em posições divergentes quanto ao efetivo alcance no cumprimento dos padrões

Não há desenvolvimento institucional que poderia dar suporte à implemenfação dos padrões e regulá-los

A eficiência na implementação dos padrões requer uma adequada infraestrutura e capacidade institucional para licenciar, orientar e controlar as atividades poluidoras e fazer cumprir os padrões

Em muitos países, as agências ambientais e de saúde não estão adequadamente estruturadas ou suficientemente equipadas, conduzindo para uma situação de controle precário das várias atividades associadas com a implementação dos padrões

Fonte: Adaptada de Von Sperling (2000).

20.4.3 Brasil O Brasil, com cerca de 8.000 km de linha de costa, possui 12 emissários com mais de 500 m de comprimento para a descarga de esgotos domésticos em oceano (Cepis, 2003), sendo 8 localizados no Estado de São Paulo. A Resolução n° 357/2005 do Conama apresenta alterações significativas em relação ao estabelecimento de classes para as águas salinas e às diretrizes para o enquadramento e controle da qualidade dos recursos hídricos. Há três classes, a saber: Classe Especial — águas destinadas à preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas e dos ecossistemas em unidades de conservação de proteção integral, conforme definido na Lei n° 9.985, de 17 de julho de 2000; Classe 1 — águas que podem ser destinadas à recreação de contato primário, conforme Resolução n° 274 (de 29 de novembro de 2000), aquicultura e atividade de pesca;

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Classe 2 — águas que podem ser destinadas à pesca amadora e à recreação de contato secundário; Classe 3 — águas que podem ser destinadas à navegação.

Das definições contidas na referida Resolução, destacam-se as seguintes: a) Coliformes termotolerantes: bactérias Gram-negativas, em forma de bacilos, oxidase-negativas, caracterizadas pela atividade da enzima 13-galactosidase. Podem crescer em meios contendo agentes tensoativos e fermentar a lactose nas temperaturas de 44°-45° C, com produção de ácido, gás e aldeído. Além de estarem presentes em fezes humanas e de animais homeotérmicos, ocorrem em solos, plantas ou outras matrizes ambientais que não tenham sido contaminadas por material fecal. b) Condições de lançamento: condições e padrões de emissão adotados para o controle de lançamentos de efluentes no corpo receptor. c) Controle de qualidade da água: conjunto de medidas operacionais que visam a melhoria e a conservação da qualidade da água estabelecida para o corpo hídrico. d) Corpo receptor: corpo hídrico que recebe o lançamento de um efluente. e) Monitoramento: medição ou verificação de parâmetros de qualidade e quantidade de água, que pode ser contínua ou periódica, utilizada para acompanhamento da condição e controle da qualidade do corpo de água. f) Programa para efetivação do enquadramento: conjunto de medidas ou ações progressivas necessárias ao atendimento das metas intermediárias e final de qualidade de água, estabelecidas para o enquadramento do corpo hídrico. g) Recreação de contato primário: contato direto e prolongado com a água (natação, mergulho, esqui aquático etc.), na qual a possibilidade de o banhista ingerir água é elevada. h) Recreação de contato secundário: refere-se àquela associada a atividades em que o contato com a água é esporádico ou acidental e a possibilidade de ingerir água é pequena, como na pesca e na navegação (iatismo etc.). i)

Vazão de referência: vazão do corpo hídrico utilizada como base para o processo de gestão, tendo em vista o uso múltiplo das águas e a necessária articulação das instâncias do Sistema Nacional de Meio Ambiente — Sisnama e do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos — SINGRH.

j)

Zona de mistura: região do corpo receptor onde ocorre a diluição inicial de um efluente.

Para as águas salinas, o art. 18 estabelece parâmetros para a Classe 1, os quais se destacam: • Não-verificação de efeito tóxico crônico a organismos, de acordo com os critérios estabelecidos pelo órgão ambiental competente, ou, na sua ausência, por instituições nacionais ou internacionais renomadas, comprovada pela realização de ensaio ecotoxicológico padronizado ou outro método cientificamente reconhecido.

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•

Coliformes termotolerantes: para o uso de recreação de contato primário deverá ser obedecida a Resolução Conama n° 274, de 29 de novembro de 2000. Para o cultivo de moluscos bivalves destinados à alimentação humana, a média geométrica da densidade de coliformes termotolerantes, de um mínimo de 15 amostras coletadas no mesmo local, não deverá exceder 43 por 100 mililitros, e o percentil 90% não deverá ultrapassar 88 coliformes termotolerantes por 100 mililitros. Esses índices deverão ser mantidos em monitoramento anual com um mínimo de 5 amostras. Para os demais usos, não deverá ser excedido um limite de 1.000 coliformes termotolerantes por 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos 6 amostras coletadas durante o período de 1 ano, com periodicidade bimestral. E. coli poderá ser determinada em substituição ao parâmetro coliformes termotolerantes de acordo com limites estabelecidos pelo órgão ambiental competente.

•

OD em qualquer amostra não inferior a 6 mg/L 02.

Alguns parâmetros de qualidade de água (e que podem ser confrontados com os valores encontrados no efluente doméstico) são: • • • •

cloro residual total: valor máximo de 0,01 mg/L Cl; fósforo total: valor máximo de 0,062 mg/L P; nitrato: valor máximo de 0,4 mg/L N; nitrogênio amoniacal total: valor máximo de 0,4 mg/L N.

Segundo o art. 19, para as águas de Classe 2, são estabelecidos os mesmos limites ou condições da Classe 1, exceto: a) Coliformes termotolerantes: não deverá ser excedido um limite de 2.500 por 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos 6 amostras coletadas durante o período de 1 ano, com frequência bimestral. b) Não deve ser verificado efeito tóxico agudo a organismos, de acordo com os critérios estabelecidos pelo órgão ambiental competente, comprovado por ensaio ecotoxicológico padronizado ou outro método cientificamente reconhecido. c) OD, em qualquer amostra, não inferior a 5 mg/L 02.

E os parâmetros comparativos com os encontrados em um efluente doméstico: • • • •

cloro livre: valor máximo de 19 lig/L; fósforo total: valor máximo de 0,093 mg/L P; nitrato: valor máximo de 0,7 ing/L N; nitrogênio amoniacal total: valor mádmo de 0,7 mg/L N.

Já para as águas da Classe 3, o art. 20 estabelece, entre outras, a condição dos coliformes tolerantes, que não deverá exceder um limite de 4.000 coliformes termotolerantes por 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos 6 amostras coletadas durante o período de 1 ano, com frequência bimestral. Em relação ao OD, para qualquer amostra, não inferior a 4 mg/L 02.

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Sobre o controle da qualidade de água, o art. 10, § 2°, estabelece que "os valores máximos adrnissíveis dos parâmetros relativos às formas químicas de nitrogênio e fósforo nas condições de vazão de referência, poderão ser alterados em decorrência de condições naturais ou quando estudos ambientais específicos, que considerem também a poluição difusa, comprovem que esses novos limites não acarretarão prejuízos para os usos previstos em seu enquadramento do corpo de água". Já o art. 32 determina que nas águas de Classe Especial não serão permitidos lançamentos de efluentes ou disposição de resíduos domésticos, agropecuários, de aquicultura, industriais e de quaisquer outras fontes poluentes, mesmo que tratados. Para as demais classes, o lançamento de efluentes deverá atender às condições e aos padrões de lançamento, não ocasionando a ultrapassagem das condições e dos padrões de qualidade de água estabelecidos para as respectivas classes, atendendo a outras exigências aplicáveis. O art. 33 ressalta que, "na zona de mistura de efluentes, o órgão ambiental competente poderá autorizar, levando em conta o tipo de substância, valores em desacordo com os estabelecidos para a respectiva classe de enquadramento, desde que não comprometam os usos previstos para o corpo de água". O parágrafo único complementa que "a extensão e as concentrações de substâncias na zona de mistura deverão ser objeto de estudo nos termos determinados pelo órgão ambiental competente, às expensas do empreendedor responsável pelo lançamento". O artigo anterior demonstra um avanço na questão da zona de mistura e monitoramento, permitindo a emissão de efluentes desde que o projeto, a operação e a manutenção do sistema de lançamento estejam devidamente dimensionados para as características locais da área escolhida para o despejo. O art. 34 dispõe sobre as condições de lançamento de efluentes de qualquer fonte poluidora, tanto de forma indireta como direta, obedecendo às condições e aos padrões previstos, como não causar ou possuir potencial que resulte em efeitos tóxicos aos organismos aquáticos existentes nos corpos de água. Neste caso, os critérios de toxicidade serão os estabelecidos pelo órgão ambiental, de acordo com os resultados de ensaios ecotoxicológicos padronizados (utilização de organismos aquáticos e realizados no efluente). A Resolução n° 397/2008 alterou o inciso II do § 4° e a Tabela X do § 5°, ambos do art. 34 citado, relacionados com a temperatura do corpo receptor e a alteração nos padrões de lançamento de efluentes (parâmetros inorgânicos e orgânicos). Importante ressaltar que o § 7° preconiza que "o parâmetro nitrogênio amoniacal total não será aplicável em sistemas de tratamento de esgotos sa.nitários".

20.4.4 China A China tem cerca de 18.000 km de linha de costa, e as áreas costeiras tomaramse as mais desenvolvidas regiões do país nos últimos 20 anos, com a produção de cerca de 3,56 bilhões de toneladas de esgoto doméstico e industrial (Guo, 2000). A solução apontada por alguns especialistas como apropriada para o problema do esgoto foi a disposição marinha através de longos emissários submarinos. A questão econômica foi preponderante na escolha, pois, segundo Guo (2000), a China não teria condições de arcar com um tratamento avançado (utilizado em áreas costeiras de países desenvolvidos) para todo o esgoto produzido. O país possui cinco

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longos emissários submarinos em operação — não incluindo Hong Kong e Taiwan, e excluindo também os que desembocam em rios como os de Xangai e Hangzhou. Há ainda seis emissários que estão sendo construídos ou projetados e outros 15 estão sendo planejados. Com o intuito de compreender a técnica da disposição oceânica de efluente e sua utilização no país, estudos foram realizados desde 1985, primeiro comparando os custos de construção e operação entre longos emissários submarinos e tratamento convencional, assim como seus impactos ambientais. Nos últimos 10 anos, maior atenção tem sido dada para os aspectos técnicos como projeto, construção e intrusão salina. De acordo com Guo (2000), duas situações opostas ocorreram antes da implementação de padrões de controle para a disposição de efluentes na China: em algumas áreas, autoridades locais, com o intuito de resolver urgentemente seus problemas de poluição, promoveram a construção de emissários sem os devidos cuidados, como levantamento das condições de descarga, parâmetros para a construção do sistema e estudo de impactos ambientais. Em outros locais, a questão sobre emissários era tratada como uma "máquina poluidora", criando uma forte oposição para a implantação. Há na China as diretrizes Environmental Quality Standard for Surface Water, Seawater Quality Standard e Integrated Wastewater Discharge Standard, que limitam as concentrações de efluentes industriais e domésticos descarregados no mar. Estudos especfficos para a descarga oceânica foram realizados em projeto conjunto com o órgão ambiental (State Environmental Protection Administration — Sepa) e South China Institute of Environmental Sciences — SCIES para a elaboração de padrões. A idéia que norteia a emissão dessas diretrizes é que o esgoto seja primeiro tratado em terra (estação de tratamento) para diminuir as concentrações de poluentes (abaixo dos limites dados pelos padrões); em seguida, o efluente é descarregado através do emissário com uma diluição inicial maior do que o valor recomendado, sendo que, em média, a zona de mistura causada pela descarga seja controlada como a menor área do que a definida pelas diretrizes. Como resultado final, as concentrações de poluentes fora da zona de mistura deverão ser menores que os valores correspondentes à qualidade da água do corpo receptor. A zona de mistura pode ser definida como um invólucro que contém o campo de esgoto com concentrações de poluentes acima do limite desejável para a qualidade de água. De acordo com Guo (2000), o Standard for Pollution Control of Sewage Marine Disposal estipula os seguintes limites para a zona de mistura (Aa): •

se o esgoto é lançado em mar aberto ou em uma baía cuja área seja maior que 600 km2 ou um grande estuário, o máximo permitido será de 3 km2;

•

se o esgoto é lançado em uma baía cuja área seja menor que 600 km2, o máximo permitido para a zona de mistura (em m2) deverá ser calculado pelas equações (

Aa = 2.400(L + 200) e Aa = onde L •

Ao 200 ) x 1°6

comprimento do difusor; Ao = área da baia;

o menor valor encontrado para os dois cálculos anteriores deverá ser considerado como o máximo permitido para a zona de mistura.

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A diluição inicial é definida como a diluição efetuada por jatos ou plumas quando a influência da quantidade do movimento inicial e o empuxo ascensional desaparecem. A diluição deve ser calculada e observada em condições hidrológicas desfavoráveis para garantir que acima de 90% do tempo no período de 1 ano a diluição em tempo real será maior que estes valores sugeridos (conforme Guo, 2000):

Corpo receptor

Água salina

Águas estuarinas

Classificação

Classe 3

Classe 4

Classe 3

Classe 4

Classe 5

Diluição inicial (mínimo)

45

35

50

40

30

Não há valores de referência para a descarga de efluentes nas classes 1 e 2, pois é proibida tal descarga. Em casos raros, é permitida a descarga em água salina de Classe 2, e a diluição inicial deverá ser maior do que 55. A classificação das águas está definida em Environmental Quality Standard for Surface Water e Seawater Quality Standard. A Classe 1 é designada para áreas de preservação ambiental e de melhor qualidade de água; já a Classe 2 é para áreas destinadas à pesca. Outras disposições gerais para o controle da poluição: •

O local de descarga deverá ser localizado em área onde os poluentes possam ser facilmente transportados para o mar aberto, sem retorno.

•

O local de descarga não deverá interferir nas rotas de migração de peixes e zonas próximas.

•

Para descargas dentro de estuários, a largura da zona de mistura deve ser menor que 1/4 da largura do estuário.

•

Os difusores devem estar a pelo menos 200 m fora da margem e onde a profundidade seja maior que 7 m em qualquer época do ano.

•

O esgoto deve receber pelo menos o tratamento primário antes da descarga.

•

A descarga do efluente não deve causar mudanças e deterioração do ecossistema fora da zona de mistura.

•

A descarga do efluente não deve causar acumulação de material nocivo no sedimento e em organismos em níveis perigosos.

Para o monitoramento do efluente, amostragens devem ser realizadas na saída da estação de tratamento, sendo num total de 6 amostras com intervalo de 4 horas para cada coleta. O período de diluição inicial e a observação da zona de mistura devem abranger um ciclo completo de maré. Para a diluição inicial, pelo menos 8 amostras devem ser coletadas em intervalo regular de tempo e localizadas ao longo do eixo do difusor. Amostras em profundidades variadas devem ser feitas para a observação da zona de mistura.

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20.4.5 Escócia A Scottish Environment Protection Agency — Sepa possui regulamentações em

relação a diluição inicial e zonas de mistura para as descargas oceânicas procedentes de emissários. A primeira, emitida em 1998 (Sepa, 1998), estabelece critérios para a quantificação dos processos de diluição inicial, reconhecendo que há diferentes graus de complexidade e especificidades locais envolvidas, dependendo da natureza e composição da descarga, e da dinâmica e da sensibilidade do corpo receptor. O objetivo em definir zonas de mistura é permitir que critérios científicos norteiem as descargas e que possam ser relacionados prontamente com as concentrações de efluentes no trecho fmal dos difusores e os critérios de projeto. Em termos de diluição inicial, a agência escocesa determina que, para descargas de esgoto projetado para uma população equivalente maior que 100, deve-se observar: •

diluição inicial mínima de 100 vezes (95 percentil) para efluentes com tratamento primário;

•

diluição inicial mínima de 50 vezes (95 percentil) para efluente com tratamento secundário, incluindo tanque séptico.

Esses critérios estão baseados em estimativas requeridas para a redução (em níveis aceitáveis) da visibilidade de peliculas oleosas e na ocorrência de odor. Além disso, uma média da vazão deve ser usada para a avaliação da diluição inicial. Os padrões deverão ser aplicados em zonas costeiras, embora a Sepa aceite que as descargas sejam efetuadas em determinados estuários que podem não alcançar os critérios mínimos. Exceção também poderá ser considerada quando o responsável pela descarga demonstrar que os custos para o atendimento aos padrões são excessivos em relação ao benefício ambiental. A agência também destaca a importância no cuidado do projeto para os difusores, aconselhando a utilização de modelagem para determinar a forma e a diluição potencial da zona de mistura, que deverão atender aos seguintes pontos: 1) Exposição do objetivo: para esclarecer a situação a ser modelada e os objetivos do estudo da modelagem, incluindo detalhes sobre a saída requerida pelo modelo. 2) Justificativa do modelo: para demonstrar que o modelo usado é adequado para o estudo, devendo incluir exemplos de aplicações prévias em circunstâncias similares. 3) Descrição técnica do modelo: histórico do modelo, desenvolvimento, artigos publicados, detalhes de conversão do modelo dentro do pacote do programa. Detalhes da experiência e treinamento dos usuários. 4) Dados: os dados requeridos para o modelo devem ser claramente definidos. 5) Coleta de dados: a coleta de dados e as técnicas de medição devem ser citadas, incluindo os erros esperados e a relevante certeza na qualidade. Os dados brutos deverão ser avaliados pela Sepa quando requerido, assim como os detalhes de instrumentação e suas calibrações.

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6) Calibração: é importante que o modelo esteja calibrado com um conjunto de dados representativos das condições a serem modeladas. Os coeficientes do modelo deverão ser calibrados e os procedimentos utilizados para otimizar a calibração deverão ser determinados claramente. 7) Validação: grupos de dados independentes daqueles usados para a calibração deverão ser empregados para os testes de validação. Cada esforço será feito para validar o modelo ao longo das condições para as quais deverão ser rodados. Testes de validação e análises dos erros do modelo serão assumidos como variáveis importantes requeridas para o estudo da modelagem. 8) Análise da sensibilidade: esta análise deve ser apresentada para demonstrar o efeito dos parâmetros na saída do programa, resultante da variação nos dados de entrada e do controle das hipóteses. 9) Controle de qualidade: para demonstrar que o modelo tem sido objeto de um procedimento de avaliação, estabelecendo sua capacidade para tarefas relevantes. 10) Auditoria: para assegurar que há uma clara justificativa do exercício de modelagem para a inspeção pela Sepa. 11) Relatório: clara descrição do modelo, incluindo os princípios importantes e hipóteses. Também um sumário sobre a saída numérica, assim como os erros, tendências, sensibilidade e suas implicações para os objetivos do estudo e as conclusões.

Alguns modelos de diluição inicial são citados para garantir a compatibilidade de análise com os utilizados pela Sepa, como o software ELSID (proveniente da Environmental Agency of England and Wales), Plumes e Cormix (ambos da Usepa). O primeiro é indicado para pequenas profundidades e onde a pluma não alcance a superfície. Para situações mais complexas, Cormix ou Plumes deverão ser utilizados. Todos os programas são de domínio público, sujeitos a determinadas condições de uso, não excluindo que os responsáveis pela descarga (ou seus consultores) utilizem outros cálculos para complementação. Verificação cuidadosa deve ser feita para que a pluma do efluente alcance a superfície do mar após a diluição inicial com todas as possíveis combinações entre a densidade do efluente e a estratificação do corpo receptor. Caso haja a hipótese de não ocorrer o afloramento da pluma à superfície, serão considerados os padrões para atender a condição de confinamento da pluma. A diluição potencial, as formas e as orientações de qualquer zona de mistura sob várias condições hidrográficas não podem ser definidas sem o monitoramento técnico específico para o corpo receptor em estudo. Coletas em campo podem incluir medidas de temperatura e salinidade para avaliar a probabilidade de estratificação. A zona de mistura deve satisfazer aos seguintes critérios, considerados relevantes pela Sepa: 1) É esperado que a superfície onde se encontre a zona de mistura tenha uma largura máxima de 100 m (para qualquer rumo que a pluma se direcione), a partir do centro do afloramento da pluma ou do ponto mais próximo dos difusores. A diluição deve ser calculada para cada local.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

2) A concentração do efluente disperso deve ser tal que não ultrapasse os limites estabelecidos pelo padrão de qualidade ambiental proveniente do Reino Unido ou Sepa, na região externa da zona de mistura. 3) Onde um efluente requeira o controle baseado em critérios de toxicidade, o efluente disperso não deve conter toxicidade residual ao redor da zona de mistura. 4) Após a diluição inicial, não deverão ocorrer (dentro da zona de mistura) pontos onde a concentração de efluentes promova efeitos letais ou subletais comprovados em testes aprovados pela agência (como o No Observed Effects amcentration NOEC). —

5) Duas ou mais zonas de mistura (provenientes de emissários próximos) não devem fundir-se ou ocupar toda a capacidade de diluição do corpo receptor. É recomendado que as fronteiras das zonas de mistura estejam afastadas a pelo menos 100 m. Se, por qualquer razão, esse critério não puder ser observado, a toxicidade desse conjunto de efluentes deve ser considerada. 6) Espera-se que a zona de mistura não afete os padrões de qualidade da água nas praias, embora a Sepa reconheça que isso possa ocorrer em estuários estreitos. 7) Uma zona de mistura não deve ser inserida em um pequeno estuário, lago marinho ou em uma pequena baía. É esperado que a zona de mistura não ocupe mais do que a metade da dimensão mais estreita do local escolhido para a descarga. 8) A Sepa tem uma obrigação estatutária de não emitir licença para qualquer descarga que possa ter efeito adverso sobre os interesses de conservação, seja de uma área de conservação especial (sob a Diretiva Europeia de Habitat), uma área de proteção especial (sob a Diretiva Europeia de Pássaros Selvagens) ou de outras áreas de interesse. 9) A zona de mistura não deve ter uma pelicula oleosa na água ou outros problemas estéticos. 10) Onde os sólidos estão presentes nos efluentes e são esperados que se acumulem no fundo do mar, uma conduta similar à preconizada na dispersão liquida deverá ser utilizada. Neste caso, prevalecem os 100 m da zona de mistura, mas o critério de toxicidade deve reconhecer a extensão da exposição dos organismos bênticos presentes no local. Os padrões de qualidade ambiental da Sepa foram baseados nas Diretivas da Comunidade Europeia, principalmente a Diretiva n° 76/464/EEC que criou uma estrutura para a eliminação ou redução de poluição aquática por produtos químicos selecionados com base em sua toxicidade, persistência e potencial para a bioacumulação. A Diretiva proíbe qualquer aumento direto ou indireto da poluição de águas superficiais por descarga que contenha uma substância perigosa (Sepa, 2002b). Outras diretivas para a proteção da qualidade de águas superficiais utilizadas como padrões escoceses são o Shellfish Waters Directive (79/923/EEC), Bathing Waters Directive (76/160/ EEC) e o Freshwater Fisheries Directive (78/659/EEC). A agência escocesa tem também publicado um manual para a modelagem de descargas em águas de maré (tidal waters) no qual define modelos apropriados,

.5'84

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

tipos e condições necessárias para a modelagem (Sepa, 2002a). Embora especffica para a região do Reino Unido, algumas defmições são interessantes destacar, como: •

Duração do modelo: é .a extensão temporal da descarga, em que a duração do modelo simula processos que podem ser um número de ciclos de maré, dias, semanas, meses ou até anos.

•

Domínio do modelo: é a extensão espacial do modelo determinada a partir do conhecimento do local e dos efeitos temporais sobre a descarga.

•

Dimensionalidade do modelo: é decidida uma vez que o domínio do modelo e a duração sejam conhecidos. Requer conhecimento da hidrografia da área e do comportamento dos poluentes. Descreve como a área é dividida: I — Modelo unidimensional (1D): tem uma escala simples, por exemplo, o comprimento de um estuário. II — Modelo bidimensional (2D): tem duas escalas, por exemplo, comprimento e profundidade do estuário. III — Modelo tridimensional (3D): possui três escalas — comprimento, largura e profundidade.

•

Grade do modelo: constitui-se de dados importantes como a profundidade, topografia, entrada de rios, elevações da maré, vazões de limite etc. necessários para calibrar e validar o modelo.

20.4.6 Estados Unidos Em 1972, o Congresso norte-americano aprovou o chamado Federal Water Poliution Control Act, comumente conhecido como Clean Water Act — CWA. Essa legislação abrange vários programas de controle da poluição, entre eles o National Pollutant Discharge Elimination System — NPDES, que regula todas as descargas pontuais (tanto as descargas municipais como de instalações industriais através de tubos, canais, extravasores etc.) em águas dos Estados Unidos. A CWA apresenta quatro importantes princípios: •

A descarga de poluentes em águas navegáveis não é um direito.

•

A licença para a descarga é requerida por utilizar recursos públicos para a disposição de esgoto e limita a quantidade de poluentes que pode ser disposta.

•

Esgoto deve ser tratado com a melhor tecnologia de tratamento economicamente viável, independentemente da condição do corpo d'água receptor.

•

Limites do efluente devem ser baseados na performance da tecnologia de tratamento, mas limites mais restritivos podem ser impostos se a tecnologia não prevenir violações no padrão de qualidade da água no corpo receptor.

Segundo Ferreira e Tavares (2000), empresas privadas com sistema próprio de tratamento de efluentes liquidos passam por licenciamento ambiental, elaborado de acordo com as normas do NPDES. A EPA é responsável pela administração do licenciamento do NPDES, podendo ser delegada para os estados se os programas estaduais forem mais restritivos que o da própria agência ambiental norte-americana. A duração da licença em média é de 5 anos, podendo haver a renovação, que deverá ser encaminhada 180 dias antes da data de expiração da licença.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Por causa da complexidade e importância ecológica dos ecossistemas marinhos, as descargas devem também cumprir a Seção 403 da CWA, que trata especificamente dos impactos advindos de fontes pontuais sobre os recursos marinhos. A Seção 403 foi um dos primeiros programas da EPA a inCorporar a estimativa de risco ecológico como parte da avaliação de impactos de fontes pontuais sobre o meio marinho. A estrutura determina que as descargas pontuais em mar territorial, zona contígua e oceanos estão sujeitas à regulação, juntamente com a tecnologia a ser empregada ou padrão de qualidade da água, com base em descargas típicas. A intenção é garantir que não ocorra excessiva degradação para o meio como resultado da descarga e proteger as comunidades ecologicamente sensíveis. A excessiva degradação, nesse caso, pode significar: •

Mudanças adversas na diversidade do ecossistema, produtividade e estabilidade das comunidades dentro da área de descarga e no entorno.

•

Alterações na saúde humana pela exposição direta à poluição ou pelo consumo de organismos aquáticos expostos à descarga.

•

Perda excessiva de valores estéticos, recreacionais, científicos ou econômicos em relação ao benefício gerado pela descarga. Os requisitos podem incluir: o

Programas de monitoramento concebidos para determinar a degradação das águas marinhas.

o

Alternativas de avaliações, projetadas para estimar as consequências das várias opções de disposição.

o

Técnicas preventivas para a redução da quantidade de poluentes e dos riscos potenciais (efeitos indesejáveis que serão irreversíveis após o término ou modificação da descarga) para o meio marinho.

Não havendo a proteção ecológica das águas marinhas, uma licença (ou permissão) do NPDES não será emitida. Para implementar a Seção 403, a EPA desenvolveu os princípios para a descarga oceânica (Ocean Discharge Guidelines, 40 CFR Parte 125, Subparte M, de 3 de outubro de 1980), os quais especificam os fatores ecológicos, sociais e econômicos a ser utilizados para a emissão da licença quando da avaliação do impacto de uma descarga. Entre as defmições está o da zona de mistura, que significa "a zona que se estende a partir da superfície até o leito marinho, expandindo-se lateralmente até uma distância de 100 m em todas as direções a partir do ponto de descarga ou até o limite da zona de diluição inicial, calculado através de um modelo de pluma aprovado pelo responsável (da licença), a menos que este determine uma zona de mistura mais restritiva ou outra definição de zona de mistura mais apropriada para uma descarga específica". Os dez princípios (Guidelines) a serem considerados na determinação de uma degradação excessiva do ambiente marinho são: •

Quantidades, composição e potencial bioacumulação ou persistência dos poluentes a serem lançados.

•

Transporte potencial dos poluentes mediante processos biológicos, físicos ou químicos.

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

•

Composição e vulnerabilidade das comunidades potencialmente expostas, incluindo: o espécies raras; o espécies ameaçadas; o espécies críticas para a estrutura ou função do ecossistema.

•

Importância da área do corpo receptor para a comunidade ao redor como: o locais de desova; o áreas de alimentação/viveiros; o rotas de migração; o áreas necessárias para os estágios críticos dos ciclos de vida de um organismo.

•

A existência de locais aquáticos especiais, incluindo (mas não sendo fator limitante para a licença): o santuários marinhos/refúgios; o parques; o monumentos; o costa nacional; o desertos; o recifes de coral/bancos de algas.

•

Impactos potenciais diretos ou incliretos sobre a saúde humana.

•

Existência de (ou potencial) área recreacional e pesca comercial.

•

Qualquer exigência estabelecida dentro de um plano de gerenciamento costeiro.

•

Outros fatores relacionados com os efeitos da descarga que possam ser importantes.

•

Critérios de qualidade da água marinha.

A Tab. 20.4 apresenta esses princípios com as correspondentes ferramentas que podem ser utilizadas na avaliação para a obtenção da licença. TABELA 20.4 Comparação dos padrões de qualidade da água e o processo de licenciamento da Seção 403 Princípios da descarga oceânica (§ 125.122)

Guidelines para a descarga oceânica (§ 125.122) 1. Quantidades, composição e potencial bioacumulação ou persistência dos poluentes a serem lançados 2. Transporte potencial dos poluentes por processos biológicos, físicos ou químicos

Ferramentas com base na comparação da qualidade da água • Análise química específica do efluente - caracterização do efluente - avaliação da bioacumulação • Avaliação da persistência da toxicidade do efluente

• Análise química específica do efluente - avaliação da bioacumulação • Modelagem do destino e transporte - coluna d'água - sedimento • Critérios para sedimento (em desenvolvimento)

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

TABELA 20.4 (Continuação)

Guidelines para a descarga oceânica (§ 125.122)

Ferramentas com base na comparação da qualidade da água

3. Composição e vulnerabilidade das comunidades potencialmente expostas

• Estado-padrão da qualidade de água - designação na determinação de uso, incluindo as comunidades biológicas - critérios químicos específicos da qualidade de água - teste de toxicidade do efluente - critérios/bioensaios: avaliação da condição biológica de um corpo d'água • Considerações sobre a zona de mistura - não deve afetar um único ou crítico habitat - não deve restringir a passagem de organismos nadadores - não deve invadir áreas usadas para captura de peixes

4. Importância da área do corpo receptor para a comunidade ao redor

• Estado-padrão da qualidade de água - determinação de uso, incluindo considerações sobre a existência de comunidades biológicas e recursos naturais - critérios/levantamentos biológicos

5. Existência de locais aquáticos especiais

• Estado-padrão da qualidade de água - determinação de uso, incluindo considerações sobre a existência de comunidades biológicas e recursos naturais - critérios/levantamentos biológicos • Considerações sobre a zona de mistura - não deve afetar um único ou crítico habitat

6. Impactos potenciais diretos ou indiretos sobre a saúde humana

• Estado-padrão da qualidade de água - critérios de qualidade da água para a proteção da saúde humana • Considerações sobre a zona de mistura - não deverá invadir a tomada de água para consumo humano - não deverá ser projetada para resultar em riscos significativos para a saúde no consumo de peixes e frutos do mar

7. Existência de (ou potencial) área recreacional e pesca comercial

• Estado-padrão da qualidade de água - considerações de uso, incluindo a existência de comunidades biológicas e pesca • Considerações sobre a zona de mistura - não deve invadir áreas usadas para captura de peixes

8. Qualquer exigência estabelecida dentro de um plano de gerenciamento costeiro

• Processo de certificação do gerenciamento costeiro

9. Outros fatores relacionados com os efeitos da descarga que possam ser importantes

• Estado-padrão da qualidade de água - critérios para sedimento • Exposição e distribuição da carga de esgoto • Outro

10. Critérios de qualidade da água marinha

• Critérios químicos específicos para a qualidade da água do mar

Fonte: Usepa.

587

588

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

No caso de haver insuficiente informação para a avaliação da licença, seja pela escassez de dados ou pela não-determinação de todos os processos envolvidos na descarga em razão da sua complexidade, os candidatos à licença deverão demonstrar que a disposição não 'causará "danos irreparáveis". Quando o órgão ambiental faz uma determinação para não haver danos, uma licença poderá ser emitida enquanto os dados confirmatórios sobre a saúde do ecossistema são obtidos para serem avaliados previamente na nova emissão da licença. Esses dados são coletados como parte de um programa de monitoramento para avaliar o impacto da descarga sobre a qualidade da água, do sedimento e da biota, e dos locais alternativos para a descarga ou disposição do esgoto. Os dados também são obtidos por monitoramento em cumprimento de todas as outras condições existentes para a licença.

20.4.7 Comunidade Europeia A Comunidade Europeia adotou a Diretiva n° 91/271 de 21 de maio de 1991 (Council Directive, 2002), que estabelece o tratamento de esgotos urbanos, de acordo com a população-equivalente (p.e.). Segundo a Diretiva, define-se o esgoto urbano como o esgoto doméstico ou uma mistura dos esgotos doméstico e industrial, podendo haver também a inclusão de água pluvial. Quanto à população-equivalente, refere-se à carga orgânica biodegradável de 60 g de DB05/dia. A Diretiva define que as aglomerações urbanas adotem um tratamento secundário ou equivalente, sendo os seguintes os prazos: •

Desde 1° de janeiro de 1999 vigora a exigência de sistemas coletores e de tratamento (secundário mais terciário) para as aglomerações superiores a 10.000 p.e. que descaneguem os efluentes em zonas sensíveis. Entende-se por tratamento secundário um processo que envolva um tratamento biológico com decantação secundária; tratamento terciário (complementar ao secundário) envolve a remoção do nitrogênio e/ou fósforo e/ou outros poluentes que afetem a qualidade da água.

•

Vigora desde 1° de janeiro de 2001 a necessidade do tratamento secundário para todos os aglomerados com mais de 15.000 p.e. que descarreguem os afluentes em zonas menos sensíveis.

•

Para aglomerados entre 2.000 e 10.000 p.e. que descarreguem os efluentes em zonas sensíveis, tal medida deveria ser adotada até 31 de dezembro de 2005.

São classificados como zonas sensíveis os lagos naturais, outros corpos de água doce, estuários e áreas costeiras que estão eutrofizados ou que sofrerão eutrofização num futuro próximo caso nenhuma medida de proteção seja adotada. Locais utilizados para a captação de água potável também são classificados como zonas sensíveis. E qualquer extensão de água que pertencer a uma dessas categorias poderá também ser identificada como zona sensível. A Tab. 20.5 apresenta os requisitos exigidos pela Diretiva n° 91/271/CEE, relativa ao tratamento de águas residuais urbanas, alterada pela Diretiva n° 98/15/CEE, de 27 de fevereiro de 1998. A emenda refere-se aos valores dos parâmetros fósforo orgânico e nitrogênio total.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

F--

TABELA 20.5 Requisitos exigidos pela Diretiva n° 91/271/CEE, com emenda da Diretiva n° 98/15/CEE

Parâmetros

Concentração

Porcentagem mínima de redução

DB05 a 20 °C

25 mg/L 02

70-90%

DQO

125 mg/L 02

75%

SST

35 mg/L

90%

Fósforo total

2 mg/L (média anual para 10.000 a 100.000 p.e.)

80%

15 mg (média anual para 10.000 a 100.000 p.e.)

70-80%

Nitrogênio orgânico + amoniacal (segundo método de Kjeldahl)

Fonte: Comissão Europeia (2002).

A mesma Diretiva n° 91/271 recomenda que o ponto da descarga dos efluentes deve ser escolhido de tal forma que minimize os efeitos nas águas receptoras, além de preconizar diretrizes em relação à periodicidade e avaliação dos resultados de monitoramento. O número mínimo de amostras é determinado de acordo com o porte da estação de tratamento de esgoto, e deve haver uma coleta regular de amostras ao longo do ano. Para uma p.e. de 2.000 a 9.999, 12 amostras deverão ser coletadas durante o primeiro ano e 4 amostras em anos subsequentes, caso os resultados mostrarem estar de acordo com as normas da Diretiva. Se 1 em 4 amostras não for condizente, novamente 12 amostras deverão ser coletadas ao longo do ano. Para as demais faixas populacionais:

• •

entre 10.000 e 49.999 p.e.: 12 amostras; a partir de 50.000 p.e.: 24 amostras.

Há também um número máximo de amostras que poderão apresentar valores acima dos padrões estabelecidos pela Diretiva para o monitoramento dentro e fora da estação de tratamento de esgoto. Nesse caso, o número total de amostras varia, de acordo com a periodicidade estabelecida (24 horas) e a vazão do efluente monitorado. Valores extremos para a qualidade de água em questão não deverão ser considerados quando resultarem de chuvas torrenciais. O relatório de acompanhamento da aplicação dessa Diretiva (Comissão Europeia, 2002) revela que Espanha, Portugal e Reino Unido identificaram águas costeiras como zonas menos sensíveis. A Espanha considera que as descargas de águas residuais tratadas apenas em nível primário nessas zonas menos sensíveis não deteriorarão o ambiente. Mas a Comissão Europeia contesta no próprio documento que as águas para recreação de contato primário e de uso para a aquicultura são especialmente frágeis e sensíveis às descargas de águas residuais, assim como as massas de água adjacentes que são suscetíveis de serem afetadas pelas descargas. A Comissão considera também que, especialmente na área da costa da Andaluzia (Espanha), as águas do Mar Mediterrâneo não cumprem os critérios hidrológicos ou as condições hidráulicas exigidas para serem identificadas como zonas menos

589

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

sensíveis (Comissão Europeia, 2002). Com exceção de Portugal, que entrou com um processo de derrogação para a Costa do Estoril (720.000 p.e.) o qual está em andamento, os demais países citados estão em processo por infração decretada pela Comissão.

20.4.8 A problemática do Mar Mediterrâneo A região do Mar Mediterrâneo recebe descargas de esgoto doméstico e industrial e o climax ocorreu na década de 1970, obrigando os países a discutirem adoções de medidas. O resultado foi a criação do programa Mediterranean Action Plan, cujos membros são todos os países com áreas costeiras na região do Mediterrâneo, convocado pela United Nations Environment Programme — Unep. Um dos desdobramentos dessa ação foi dar início a um plano de controle da poluição que culminou com a elaboração de linhas diretivas para emissários submarinos (Unep/ WHO, 1996a) e Guideline para licença de descargas de esgotos líquidos na área em questão (Unep/WHO, 1996b). Os documentos consideram todos os instrumentos legais anteriormente elaborados pela Convenção de Barcelona e as emendas a ela incorporadas, particularmente a Declaração de Gênova de 1985, que recomenda a utilização de estações de tratamento de esgoto para cidades com mais de 100.000 habitantes e emissários apropriados ou estações de tratamento para cidades com mais de 10.000 habitantes. Descarga oceânica é a maneira mais comum para a clisposição final de esgotos de comunidades costeiras, assim como de zonas industriais no Mediterrâneo. Em pequenas e médias comunidades, os esgotos in natura são lançados por tubulações. As consequências em forma de poluição local do mar são consideráveis. Para reverter essa situação e visando atender a Declaração de Gênova, é possível utilizar emissários submarinos, dando adequado tratamento ou um alto grau de tratamento (Unep/WHO, 1996a). Versões preliminares dos documentos aqui citados foram preparadas pela Organização Mundial da Saúde (WHO), dentro da estrutura do programa MED POL (Programme of Pollution Monitoring and Research in the Mediterranean Sea), sendo submetidas a revisão em 1985. No caso das linhas diretivas para os emissários, essas contemplam pequenas e médias comunidades com menos de 100.000 habitantes. Embora existam diferentes alternativas para a disposição de esgotos urbanos em áreas costeiras (os chamados 3 "R": redução, reciclagem e reúso), o reúso e a descarga de efluentes no mar (completa ou parcialmente tratados) são os mais usados em pequenas e médias cidades. A Fig. 20.18 apresenta um esquema da coleta, tratamento e disposição final do esgoto para a região. Uma vez que a decisão tenha sido para a descarga oceânica, as premissas do Mediterrâneo permitem que o emissário seja uma boa opção, pois: •

Há uma relativa facilidade na construção pelas boas condições climáticas durante o verão e fracas correntes.

•

Condições oligotróficas nas áreas abertas proporcionam suficiente diluição para as cargas orgânicas domésticas.

•

Exposição solar e transparência da água resultam em importante die-off dos indicadores bacteriológicos e rápida degradação de algumas substâncias orgânicas não-persistentes.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Sistema de coleta

Corrente

Emissário „,, „.,

Uma das menções comuns aos documentos editados pela Unep/WHO (1996a, b) refere-se à descarga oceânica por meio de emissários, particularmente para: •

O comprimento, a profundidade e a posição dos difusores, avaliando-se os métodos utilizados para o pré-tratamento dos efluentes.

•

A exigência de tratamento específico para determinados efluentes.

•

A qualidade da água do mar, em relação à proteção da saúde humana e dos ecossistemas.

•

O controle e a progressiva substituição de produtos, instalações e outros processos que causem significativa poluição ao meio ambiente.

•

Critérios específicos no que se refere a descarga de substâncias, suas concentrações e critérios para a sua disposição final.

Nesse último aspecto, podemos considerar que tais critérios são aqueles que estabeleçam níveis máximos de concentração permitidos para os efluentes serem descarregados em áreas menos sensíveis, descritos anteriormente, e os Estadosmembros deverão revisar essa classificação pelo menos a cada 4 anos (Burrows et 1998). Com o propósito de proceder à licença das descargas de efluentes, o Guideline (Unep/WHO, 1996b) cita que devem ser observadas as seguintes características e composição das descargas: o o o o o o o

o tipo e o tamanho do ponto ou da fonte difusora (por exemplo, se é processo industrial); o tipo de descarga (por exemplo, a origem e a composição média); estado do esgoto (semissólido, liquido); quantidade total (por exemplo, volume descarregado por ano); padrão da descarga (contínuo, intermitente, variação sazonal etc.); concentrações dos constituintes mais relevantes; propriedades físicas, químicas e bioquímicas do efluente.

Figura 20.18 Esquema de um sistema de coleta, EPC e emissário submarino no Mar Mediterrâneo. [Unep/WHO, 1996(a)]

5:9,2

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

Além dessas características, outras observações específicas quanto aos constituintes da descarga deverão ser consideradas: o o o o o o o

persistência (física, química, biológica) em meio marinho; toxicidade e outros efeitos nocivos; acumulação na biota ou sedimento; transformação bioquímica produzindo componentes nocivos; efeitos adversos no balanço e conteúdo do oxigênio; suscetibilidade a mudanças físicas, químicas e bioquímicas; interação com o meio aquático e com outros constituintes da água do mar que possam resultar em efeitos biológicos nocivos.

20.4.9 Padrões e parâmetros recomendados Especificamente para os efluentes, o Guidelines for submarine outfall structures for Mediterranean small and medium-sized coastal communities (Unep/ WHO, 1996a) apresenta padrões para o esgoto doméstico, desde que sejam utilizados como referências para o monitoramento da descarga no mar e não deverão ser tomados como parâmetros, substituindo os critérios de qualidade de água em vigor na legislação dos Estados-membros. O esgoto não deverá conter cargas elevadas de substâncias persistentes, bioacumulativas ou tóxicas. Na Tab. 20.6 são apresentados esses valores, que estão expressos em forma estatística para permitir seu controle pela correspondente jurisdição.

TABELA 20.6 Critérios para monitoramento de efluentes domésticos

Valores para os limites

Contaminantes 1. Graxas e óleos 2. Sólidos sedimentáveis 3. Turbidez 4. pH 5. DB05 6. Nitrogênio orgânico(*) 7. Nitrogênio oxidado(*) 8. Fósforo total(*) 9. Cor

Áreas abertas

Áreas fechadas

Percentil

Percentil

Unidades 50% 90% Máximo 50% 90% Máximo mg/L mL/L U NT

25 1 75

40 1,5 100

-

-

mg/L mgN/L mgN/L mgP/L **

300

400

-

-

-

-

-

-

75 3 250 6-9 600 -

1:40

5 2 50

10 3 75

-

-

100 5 3 1

150 7 6 1,5

30 6 150 6-9 250 20 12 3 1:20

(*) Esses limites deverão ser observados em áreas onde a eutrofização é possível. (**) Não deverá ser detectada a mais de 10 cm, com a diluição indicada acima de 10% no valor de referência. Fonte: Unep/WHO (1996a).

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Esses valores podem ser aplicados para emissários médios e longos de cidades com mais de 50.000 habitantes. Quanto às peculiaridades do local da descarga e do corpo receptor, ambos os Guidelines (Unep/WHO, 1996a, b) citam que devem considerar as características hidrográficas, meteorológicas, geológicas e topográficas da área costeira. Consideram-se também: •

A localização e o tipo de descarga (emissário ou saída de canal) e sua relação com outras áreas próximas num raio de 20 km (como locais de recreação, regiões de desova e crescimento de peixes, áreas de aquicultura).

•

Ocorrência da diluição inicial no ponto de descarga dentro do corpo receptor.

•

Características de dispersão, como os efeitos de correntes, marés e vento no transporte horizontal e na mistura vertical.

•

Características do corpo receptor com respeito às condições físicas, químicas, biológicas e ecológicas na área de descarga.

•

Capacidade do meio marinho de receber as descargas de esgoto sem efeitos indesejáveis.

Essas características ambientais devem levar em conta o tamanho da comunidade a ser atendida, possibilitando prever a extensão e os detalhes que cada estudo deve conter. Basicamente, o Guideline sobre emissários considera três categorias: "muito pequena" ou com menos de 1.000 habitantes, "pequena" ou entre 1.000 e 10.000 habitantes, e "média", para acima de 10.000 habitantes. Dessa forma, será possível simular condições dentro de uma modelagem, observando-se alguns critérios. Para o cálculo e projeto de um emissário, os critérios da qualidade de água necessitam preencher as seguintes características: •

devem ser expressos em termos de parâmetros e valores que possam ser diretamente incorporados no procedimento do projeto;

•

devem ser relevantes, de modo que estejam associados a consequências ecológicas e sanitárias, pela relação direta causa-efeito, e determinados estatisticamente;

•

devem ser determinados com procedimentos técnicos normais e considerar as concentrações naturais do local;

•

para os propósitos de modelagem, somente os valores médios serão utilizados, de maneira a considerar a variabilidade natural e as mudanças dos parâmetros ambientais.

Os valores recomendados para o critério de balneabilidade da água, com propósitos de modelagem, são mostrados na Tab. 20.7. Esses valores baseiam-se nas concentrações recomendadas para as águas do Mediterrâneo. Em 1987, os Estados-membros da área adotaram a concentração máxima de 300 coliformes fecais para cada 100 mL de mariscos (musculatura e fluido intervalvular) em pelo menos 75% das amostras como limite aceitável.

59,3

5:94

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

TABELA 20.7 Critérios de balneabilidade recomendados para a modelagem .

Parâmetros

Percentil Unidade

Obs. 80%

95%

n/100 mL n/100 mL

100 100

2.000 400

Áreas de balneabilidade

Parâmetros

Unidade

50%

90%

Obs.

B. Físicos 3. Cor 4. Sólidos em suspensão

mg Pt-col/L mg/L

10 1,3 VN

30 1,5 VN

++

C. Químicos 5. Oxigênio dissolvido 6. Nitrogênio amoniacal 7. Ortofosfato dissolvido

mg/L mgN/L mgP/L

6 0,05 0,02

5 0,12 0,05

A. Bacteriológicos 1. Coliformes fecais 2. Estreptococos fecais

+

Superfície

Fonte: Unep/WHO (1996a). + a ser observado no ponto de superfície da pluma ++ VN = valor normal na área antes da descarga

Para a modelagem e o controle de impacto do emissário, os conformes fecais e estreptococos fecais são considerados como poluentes não-conservativos, sujeitos ao decaimento exponencial bacteriano. Oxigênio dissolvido deve ser avaliado levando-se em conta o consumo de oxigênio pela degradação da matéria orgânica. Nitrogênio amoniacal e ortofosfato dissolvido devem ser considerados como poluentes conservativos, enquanto critérios como cor, sólidos em suspensão e pH poderão ser aplicados como estando na parte superior da pluma. É importante frisar que todos os critérios apresentados na tabela são recomendações técnicas, e somente o limite para conformes fecais em águas balneares é aceito como padrão para o Mediterrâneo. A reunião de consulta sobre Guidelines para emissários submarinos no Mediterrâneo (realizada em 1989) propôs que o projeto e a modelagem de emissários para descarga de esgotos domésticos considerem a amplitude da área afetada e a delimitação de uma faixa de proteção com 300 m de largura, em paralelo à linha de costa ou da região comprometida. Essa faixa conteria a área de diluição do efluente, e nenhuma outra descarga deverá ser feita. Para os propósitos de modelagem, critérios de qualidade de água deverão ser aplicados no lado externo da borda da faixa. Esses critérios também podem ser utilizados como ferramentas para o controle e a avaliação da eficiência de emissários, estando incluídos como padrões do efluente de esgoto doméstico, citados na Tabela 20.7. A vazão e a carga são normalmente obtidas a partir de gráficos, podendo haver uma checagem na ordem de magnitude em um breve monitoramento em campo, medindo-se pelo menos a variação da descarga ao longo do dia (preferencialmente nos finais de semana e em tempo chuvoso). Além disso, observar a cor do esgoto lançado e obter amostras in situ das concentrações de nitrogênio amoniacal e sólidos em suspensão. Em relação às concentrações de coliformes fecais, estrep-

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tococos fecais e fósforo dissoMdo, é suficiente usar os valores encontrados em bibliogra.fia (ver Tab. 20.8). Os dados de campo devem ser checados em função da vazão teórica obtida a partir do número de pessoas servidas pelo sistema de esgoto, da área de drenagem e dos padrões pluviométricos da região (Unep/WHO, 1996a). TABELA 20.8 Parâmetros para o esgoto doméstico (estimados para a época de estiagem) Parâmetros

Valores

Vazão de projeto

7 L/s 1.000 pessoas

Coliformes fecais

107/100 mL

Estreptococos fecais

2.106/100 mL

Nitrogênio amoniacal

7,5 kg/dia 1.000 pessoas

Ortofosfato dissolvido

3 kg/dia 1.000 pessoas

Sólidos em suspensão

80 kg/dia 1.000 pessoas

Fonte: Unep/WHO (1996a).

Outros parâmetros podem ser medidos em situações especiais quando os recursos disponíveis ou a fragilidade das áreas impactadas permitem e requeiram uma análise mais detalhada, embora nem sempre sejam usados em processos computacionais propostos pelo Guideline (1996a): o o o o o

medidas contínuas de correntes; coeficientes de dispersão; T90 para coliformes fecais e estreptococos fecais; perfil de temperatura; populaçõ es bênticas.

A extensão e o detalhamento dos estudos para identificar e medir essas características dependerão do tamanho do emissário e das condições do entorno. A metodologia prescrita no Guideline para a utilização desses parâmetros, embora especffica para o Mar Mediterrâneo, descreve alguns tópicos a serem considerados e que poderão ser conduzidos em outras áreas.

20.4.10 Características ambientais Um dos pontos se refere à batimetria e topografia, que, para regiões bem detalhadas, cartas e mapas em escala de 1:5.000, são suficientes para o estudo da área de descarga. Para a averiguação do local onde será assentado o emissário, aconselha-se um perfil batimétrico detalhado, com o intuito de identificar possíveis obstáculos. Inspeção subaquática também é interessante para verificação das condições locais. Outra questão é quanto à morfologia da costa, característica a ser considerada para a localização, o projeto e o cálculo de um emissário, e que define a capacidade de renovação do meio. Não é incomum encontrar um emissário cujo comprimento

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aparenta ser suficiente para a eficiência na disposição oceânica, mas, por estar em local mais abrigado, efetivamente o comprimento acaba não sendo suficiente para dispor os efluentes em mar aberto. No caso do Mar Mediterrâneo, o Guideline recomenda que o emissário. não deva estar afastado mais de 5 milhas da costa (ou aproximadamente 9 km). Quanto ao comprimento total do emissário, o mesmo documento sugere a extensão de 1.500 m (além dos 300 m de área de proteção) e profundidade mínima de 15 m. Outras regiões sob domínio de legislação local adotam comprimento de 1.000 m e 30 m de profundidade (Ligúria, Itália) e 1.300 m e 20 m (Turquia), mostrando que não há uma uniformização nas condições ditas mínimas para a implantação de um emissário (Avanzini et al., 1997). Toda a área ao redor do emissário a ser proposto (cerca de 20 km) e que contenha atividades que necessitem manter a qualidade de água e todas as áreas sensíveis que poderão ser afetadas pela descarga deverão ser estudadas e plotadas em mapas apropriados. A distância entre o ponto de descarga e a linha que cerca essas zonas (com uma faixa de proteção adicional de 300 m) deverá ser usada para a modelagem, considerando a diluição obtida pelo emissário. Para avaliar o grau de saturação na área afetada, todas as descargas deverão ser identificadas em um raio de 20 km ao redor do emissário proposto. A combinação de cargas de esgoto do emissário projetado mais as descargas existentes na área de diluição não deverá exceder a 10.000 pessoas-equivalentes por hectômetro cúbico de água do mar. Uma observação feita nesse sentido é que, para checar essa condição, o volume que corresponde à faixa de 20 kin, com uma largura igual a 2 vezes o comprimento médio dos emissários contidos nessa área, pode ser considerado. Tal descrição é uma aproximação que terá de ser confirmada (sempre que possível) por outros métodos mais precisos. O estudo de correntes superficiais predominantes deve ser sempre incluído nos projetos de emissários, embora somente para os menores emissários tais correntes influam na vazão entre o ponto de descarga e as áreas afetadas, com uma velocidade de 30 cm/s, sendo aconselhável um estudo utilizando traçadores lançados no ponto de descarga projetado. Estudos de corrente de superfície para o projeto de emissário submarino devem preferencialmente cobrir diferentes condições climáticas, incluindo pelo menos o verão. Tais levantamentos, com duração de 3 a 4 dias, são suficientes para a obtenção de dados. O estudo dos padrões de vento na área de descarga complementa o resultado dos estudos em campo das correntes. Se não houver uma estação meteorológica próxima ao local onde será proposto o emissário, tais medidas serão usadas para prever a rosa de ventos na área de descarga. Correntes de superfície podem ser estimadas assumindo que possuam velocidade igual a 1% da velocidade do vento, quando no mesmo rumo. Outras características citadas na maioria dos manuais e guidelines para o projeto e modelagem de emissários submarinos recomendam medidas e estudos de outros parâmetros e características do corpo receptor. Entre os comumente recomendados estão as medições contínuas de correntes, os coeficientes de dispersão horizontal e vertical, o decaimento bacteriano ou T90, a temperatura da água, o perfil de densidade e as comunidades bênticas. Embora essas informações aumentem o conhecimento da área de descarga, em grande parte das situações no Mediterrâneo e para médios e pequenos emissários tais estudos não são indispensáveis para a projeção e o cálculo do emissário, e o esforço necessário para a requerida acurácia normalmente excede os recursos disponíveis (Unep/WHO, 1996a).

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A Tab. 20.9 mostra valores propostos pela Unep/WHO para os parâmetros de modelagem de um emissário. TABELA 20.9 Valores propostos para a modelagem computacional de emissários Parâmetros

Valores

Correntes de superfície

20-30 cm/s

Coeficiente de dispersão horizontal

300 cm2/s

Coeficiente de dispersão vertical

100 cm2/s

Coliformes fecais T90

1,5-2,5 h

Estreptococos fecais T90

2,5-3,5 h

Fonte: Unep/WHO (1996a).

Contínuas medições de correntes requerem estudos em várias localidades, em diferentes profundidades e por um longo período. Há a dificuldade extra em se medir as correntes superficiais devido à necessidade de atenuar a influência das ondas sobre o equipamento. Além disso, os equipamentos são caros, sujeitos a vandalismo e danos provocados pelas más condições do tempo, e necessitam de pessoal especializado para reparos, processamento e interpretação dos dados obtidos. Esse tipo de esforço se justifica no caso de grandes ou longos emissários, enquanto para médios e pequenos emissários o uso de traçadores é suficiente. Coeficientes de dispersão horizontal e vertical fazem parte do procedimento de cálculo para a dispersão subsequente do campo de esgoto, uma vez que a pluma tenha alcançado a superfície. As medidas desses parâmetros requerem estudos de campo em diferentes condições climatológicas, utilizando traçadores e que deverão ser repetidos várias vezes para se obter resultados confiáveis. Valores normais no Mediterrâneo para o coeficiente horizontal de dispersão estão em torno de 200-300 cm2/s, enquanto o coeficiente de dispersão vertical é cerca de 70-100 cm2/s. Como a subsequente dispersão não contribui efetivamente para a dispersão total, em situações consideradas normais para o Mediterrâneo, não é plenamente justificável medir in situ esses coeficientes para o projeto de pequenos e médios emissários submarinos. Os valores normais citados anteriormente, e com o uso da fórmula de Elder (ou a lei dos 4/3), são suficientes e precisos para os cálculos. A correta determinação da constante de decaimento bacteriano é sempre mais complexa do que a delimitação dos coeficientes de dispersão. Além disso, o T90 é variável em sua composição. Se a medição ocorrer durante o dia ou à noite, os resultados podem ser de magnitude diversa. Valores seguros e classificados como normais para o Mediterrâneo estão na ordem de 2,5 h para os cofiformes fecais e 3,5 h para os estreptococos fecais. Tais valores são considerados suficientes para serem adotados no projeto de médios a pequenos emissários. No caso de vírus, estes têm pouca mortalidade quando lançados na água do mar, não havendo correlação direta entre sua presença e valores elevados de bactérias. Há estudos que comprovam a sobrevivência de adenovirus (como a hepatite tipo A) e de mais de 100 tipos encontrados em esgoto por até 130 dias no oceano

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(Jiang et al., 2001), mas esses potenciais indicadores não são utilizados para a determinação da qualidade de água. Os perfis de temperatura em uma área de descarga são usados para estimar a possibilidade de a pluma ser contida, reduzindo o impacto na superfície e o transporte de poluentes através da costa, mas isso pode deixar um acúmulo de contaminantes no fundo marinho e encobrir a ressurgência perto da costa. A precisa determinação do perfil de densidade é um exercício que demanda tempo e requer o uso contínuo dos dados de temperatura e salinidade. Além disso, a estratificação das massas de água é um fenômeno não previsível com grande acurácia. Portanto, para a maioria dos pequenos e médios emissários, não é justificável realizar tais estudos. O mapeamento e a caracterização das comunidades bênticas é também outro estudo ambiental recomendado para o projeto de emissários submarinos. Para a maioria das situações, uma coleta da epifauna é suficiente e, assim como os parâmetros citados anteriormente, estudos detalhados poderão ser feitos se houver recursos disponíveis, mas terão repercussão marginal sobre o projeto (Unep/WHO, 1996a).

20.4.11 Alternativas de pré-tratamento para efluentes de emissários Os métodos para a redução de esgoto e descarga de efluentes industriais e de esgotos domésticos deverão ser selecionados considerando a disponibilidade e a possibilidade de alternativas nos processos de tratamento. Tais métodos seriam a disponibilidade de reúso, as alternativas de disposição em terra e as tecnologias apropriadas para a redução do esgoto. Quanto aos critérios para a definição da melhor técnica disponível a ser adotada, o anexo IV do trabalho Guidelines for authorizations for the discharge of liquid wastes into the Mediterranean Sea (Unep/WHO, 1996b) descreve que: 1. O termo "a melhor técnica disponível" significa o último estágio de desenvolvimento (estado da arte) de processos, facilidades e métodos de operação que constituam as melhores técnicas disponíveis em geral ou em casos especfficos, e uma especial consideração deve ser dada para: a) processos, facilidades ou métodos de operação que tenham recentemente sido testados com êxito; b) possibilidade econômica de utilização de tais técnicas; c) possibilidade de instalação tanto em estações de tratamento em funcionamento quanto nas novas construções; d) a natureza e o volume que dizem respeito às descargas e emissões. 2. Se a redução de descargas e emissões resultantes a partir do uso da melhor técnica não alcançar resultados aceitáveis para o meio ambiente, medidas adicionais deverão ser aplicadas. 3. "Técnicas" incluem tanto a tecnologia utilizada quanto a forma como a instalação é projetada, construída, mantida, operada e desmontada. As alternativas utilizadas no pré-tratamento de esgotos com disposição oceânica incluem gradeamento, controle de ar, remoção de graxas, escuma e material

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flotante, peneiras, remoção de sólidos e desinfecção mediante processos naturais. Se a desinfecção é aplicada, para a modelagem é necessário considerar o comprimento do emissário, adaptando os valores iniciais de descarga. Tratamento secundário biológico de esgotos é avalia:do como desnecessário para a maioria dos médios e pequenos emissários, dada a capacidade do corpo receptor em grande parte das situações no Mediterrâneo, e também pelas dificuldades e custos de operação e manutenção desses processos. Somente quando a combinação do efeito de múltiplas descargas em uma mesma área exceder a capacidade do corpo receptor o tratamento secundário deverá ser considerado. Desinfecção por cloro também não é recomendada por causa dos problemas de operação e manutenção, pela incompleta eficiência e por possíveis efeitos ambientais adversos. Segundo Ambriz et al. (s.d.), um dos parâmetros mais afetados é a turbidez, quando há um aumento de partículas em suspensão presentes na água residual ao se adicionar o hipoclorito de sódio. Embora a carga de cloro não contribua para o desaparecimento ou a diminuição de vírus na água do mar, a desinfecção por ozônio também não é recomendada para pequenos emissários por causa dos altos custos e dificuldades de operação. As principais condições a serem analisadas quando é necessário decidir o tratamento a ser aplicado são: facilidade de operação e manutenção, baixo consumo de energia, pequena construção, custos de mão-de-obra e adequado tratamento dos contaminantes que são relevantes numa descarga em meio marinho. As características essenciais aos tratamentos recomendados para emissários submarinos são: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

gradeamento; peneiramento; controle de ar; remoção de flotantes, escuma e graxas; caixas de gordura; remoção de areia; remoção de sólidos; desinfecção utilizando-se de processos naturais (tanques ou lagoas).

A retirada de material como sólidos grosseiros no gradeamento é necessária para todos os emissários (principalmente para os emissários menores), em função da qualidade estética do corpo receptor. Grades também são necessárias para prevenir o bloqueio dos difusores. As grades não têm importante perda de carga, sendo dispositivos comuns, simples, fáceis de construir e manter, podendo ser limpas de forma mecânica ou manual. Para emissários submarinos, duas ou mais unidades deverão ser instaladas, preferencialmente do tipo de limpeza mecânica, com separação de 1 a 2 cm entre as barras. O controle da penetração de ar dentro da tubulação é de importância suprema para prevenir um dos maiores perigos, que é a flutuação. Aparelhos para o controle de ar devem ser incluídos no projeto de todos os emissários submarinos e podem ser combinados com a remoção de flotantes e escuma. Porém, os melhores resultados são obtidos quando há uma chaminé de equilíbrio. O tempo mínimo de detenção para o tanque sob a chaminé deve ser de 1 a 5 minutos para uma vazão máxima.

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Caixas de gordura são dispositivos de fácil construção, e seu uso é restrito aos menores emissários, em vista do problema de operação associado à necessidade de remoção do material que se acumula na superfície do tanque. A produção de odor é outro fator que restringe sua utilização. A remoção de areia transportada pelo esgoto é necessária para impedir seu acúmulo no interior da tubulação. Adequar a velocidade de transporte também parece ser suficiente para contornar essa questão, sem incorrer em custo e problemas operacionais desse tratamento. Quando há a necessidade de remoção, são utilizadas peneiras rotativas que permitem o assentamento da areia enquanto a maioria das partículas orgânicas permanece em suspensão. Para médios e pequenos emissários, a melhor solução é a construção de um canal com velocidade horizontal constante, sendo sua seção parabólica projetada para manter uma velocidade próxima a 0,3 m/s. A remoção de sólidos em suspensão é recomendada para ser incluída em projetos de emissários submarinos que sirvam cidades com mais de 50.000 habitantes, e o Guideline a recomenda para emissários que atendam mais de 10.000 pessoas. A remoção pode ser feita com milipeneiras, sedimentação e flotação. Para a maioria das situações, milipeneiras e especialmente a sedimentação são as melhores escolhas por causa do seu baixo custo e simplicidade, embora o controle do odor deva ser sempre considerado quando a estação de tratamento está situada perto da costa. A flotação proporciona o melhor tratamento, mas é um processo mais complexo, que requer o uso significativo de energia elétrica para o seu funcionamento e maior manutenção do que os outros anteriormente citados. A recomendação do Guideline (Unep/WHO, 1996a) para a desinfecção através de processos naturais prevê a utilização de lagoas ou tanques (com irradiação solar) como a melhor solução para áreas sensíveis. É especialmente indicada para localidades com grandes espaços livres. O sistema deve consistir de duas a três lagoas ou tanques em série, com profundidades respectivas de lm,lm e 0,5 m e entre 6 semanas e 3 meses de retenção para o sistema. A área total recomendada é de 1 a 2 hectares para cada grupo de 1.000 pessoas. Esse tipo de sistema permite a sedimentação dos sólidos em suspensão, a biodegradação da matéria orgânica e a desinfecção microbiana. O processo sofre influência de vários fatores, como diluição, dispersão, radiação solar, salinidade, temperatura, valores de pH, presença de substâncias tóxicas, competição por nutrientes e predação, observados em vários estudos (Anderson et al., 1979; Ayres, 1977; El-Sharkawi et al., 1989; McCambridge e McMeekin, 1981; McFeters e Stuart, 1972; Scheuerman et al., 1988; Solic e Krstulovic, 1992, apud Yang et al., 2000). Em estudos laboratoriais, Yang et al. (2000) observaram que um efluente com tratamento primário pode ser lançado no mar em locais com intensa radiação solar e, em conjunto com a salinidade, a desinfecção será realizada, tornando-se desnecessária a cloração. Embora o bombeamento seja indispensável para colocar o efluente em terra, a maioria das pequenas cidades do Mediterrâneo possui terrenos baratos e disponíveis para esse tipo de tratamento, tendo a vantagem adicional de reúso de parte ou total do efluente na agricultura. Esse tipo de tratamento é considerado ideal para pequenos emissários que atendam mais de 10.000 pessoas. Uma precaução necessária na sua construção é impedir a contaminação do lençol freático existente na região.

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O processo permite a redução de 102 a 103 de coliformes totais por 100 mL, mas quando não é possível a utilização desse tipo de sistema, o abatimento da carga microbiana aceitável é entre 104 e 105, para o efluente entre a saída da estação de tratamento e a qualidade da água do mar na área de recreação (contato primário). Nesse caso, a solução é o lançamento da descarga a certa distância das áreas sensíveis, garantindo uma adequada diluição hidráulica e tempo para o decaimento bacteriano, promovido pela capacidade depuradora do meio marinho.

20.4.12 Principais procedimentos a serem considerados no projeto de emissários Tais procedimentos, como mencionado anteriormente, poderão ser aplicados para outras áreas costeiras, embora tenham sido originalmente traçados para a região do Mar Mediterrâneo. Os principais tópicos são: a) Os emissários devem sempre estar localizados em áreas costeiras abertas, onde outras descargas situadas na mesma área não afetem os níveis considerados normais. Descargas em locais mais abrigados ou dentro da faixa de proteção de 300 m devem ser avaliadas sempre que possível. b) Assim como a diluição inicial é essencial, qualquer esforço deve ser feito para construir emissários com o ponto de descarga situado o mais distante das áreas a serem protegidas e com a maior profundidade que pode ser economicamente viável. Técnicas modernas de assentamento de tubulações fazem com que o comprimento total e a profundidade do emissário sejam itens com menor importância no custo total do projeto, por causa do emprego de tubulações plásticas, cujo assentamento alcança mais de 1.000 m em um dia, para diâmetros acima de 1 m. Esse tipo de material é resistente à corrosão, adapta-se aos movimentos normais do fundo marinho e é livre de fugas por não apresentar junções na tubulação.

É sabido que os difusores aumentam a diluição inicial no ponto de descarga. Os difusores devem ter um diâmetro mínimo de 10 a 15 cm, e o comprimento do trecho difusor não deve ultrapassar 75% da seção transversal da tubulação e com espaçamento igual a 1/4 da profundidade. Para emissários menores, é aconselhável adotar uma descarga simples na saída final da tubulação, visando prevenir o bloqueio dos difusores. A efetiva distância entre o ponto de descarga e a borda mais externa da faixa de proteção de 300 m deve ser maior que 1.500 m, e a profundidade de descarga não deve ser menor do que 15 m. Nessas condições, o Guideline informa que as descargas de emissários menores não tem efeitos negativos na maioria das situações no Mediterrâneo, qualquer que seja o resultado na modelagem (diluição, dispersão e decaimento bacteriano). A diluição até a borda externa da faixa de proteção de 300 m deve alcançar um valor mínimo de 105 com a combinação do efeito da pluma subindo na coluna d'água, decaimento bacteriano e dispersão da nuvem pelas correntes superficiais. A contribuição do decaimento bacteriano deve ser limitada para um máximo de 102. Essa aparente diluição devida ao decaimento não deve ser considerada quando da modelagem na eficiência dos emissários. Essa forte recomendação está baseada

6-0,2

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

nos elevados valores do período noturno de T90 para a maioria dos organismos indicadores e na longa persistência dos vírus patogênicos na água do mar. O projeto de um emissário deve ser concebido para uma pior situação possível, sem a vantagem de algum aparato, dada a instabilidade do fenômeno. Para prevenir o entupimento dos difusores, a velocidade de descarga poderá ser de 1 m/s, mas não ultrapassar 2 m/s para reduzir a perda de carga. Em locais onde existe variação drástica de vazão entre os períodos do verão e inverno, o bombeamento é considerado. O uso de lagoas de estabilização é também muito efetivo e deve ser levado em conta sempre que possível.

20.4.13 Monitoramento de emissários submarinos Monitoramento regular tem de ser realizado para médios e grandes emissários de cidades com mais de 50.000 habitantes e para as descargas industriais. Padrões de efluentes devem ser controlados mensalmente, e os critérios para a qualidade de água, de 5 em 5 anos. O desempenho de pequenos emissários urbanos deve ser controlado indiretamente, mediante programas regulares de monitoramento visando a balneabilidade e locais de maricultura. Para manter o controle dos efluentes, o Guideline determina que todos os emissários, mesmo os menores, sejam projetados adequadamente para facilitar a amostragem e medição da descarga. Equipamentos de medida utilizados para os emissários incluem calhas Parshall, vertedores e calhas Palmer-Bowlus quando situados em canal aberto, e tubos Venturi ou bocais se situados na tubulação. Recipientes gravirnétricos e volumétricos são usados para calibrar esses equipamentos, cujos descrição e critérios são explanados em bibliografias como Metcalf e Eddy. Fáceis acessos a poços de visita e canais de drenagem são geralmente as melhores soluções para a amostragem de efluente. O programa de monitoramento consiste em coletas intensivas, com medidas na superfície e perfil vertical de uma malha de amostragem com cerca de 12 pontos situados ao redor dos difusores. Amostragens de sedimento à distância de 100 e 500 m poderão ser feitas para uma correta avaliação da descarga. Duas a quatro coletas sazonais (com duração de uma semana cada) são suficientes. Também é considerado satisfatório avaliar a execução do emissário e seus efeitos de 5 em 5 anos. O monitoramento contemplará um controle anual do estado físico da estrutura do emissário, incluindo verificar e identificar possíveis danos sofridos pela ação de ondas e navios e a perda da capacidade de transporte da tubulação pela deposição de sólidos ou bloqueio dos difusores. Inspeção subaquática da tubulação é uma atividade cara e de difícil execução. Melhores resultados são obtidos com a adição de uma pequena quantidade de traçadores que marcará a existência de qualquer perda na junção, fuga ou ruptura do emissário, assim como a situação de descarga dos bocais. Esse tipo de inspeção é feito anualmente (durante a primavera) e após as tempestades de inverno (na região do Mar Mediterrâneo), havendo então tempo suficiente para possíveis reparos antes do verão. O verão é, sem dúvida, a melhor época para os trabalhos em campo, mas o uso de traçadores nesse período causa impressão negativa nos veranistas.

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Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

A excessiva perda de carga em uma tubulação é checada medindo-se a carga hidráulica disponível no início do emissário e a velocidade de vazão. Com cálculos hidráulicos dessas medições e a perda de carga teórica obtida em dados de projeto, um possível entupimento da tubulação será facilmente detectado.

20.4.14 Precauções na construção e manutenção segundo o Guideline (Unep/WHO, 1996a), emissário submarino é uma boa solução para médias e pequenas cidades do Mediterrâneo pela facilidade de construção, não havendo dificuldades quanto a manutenção, operação e custos, e ainda são eficientes na proteção da qualidade de águas costeiras. Para Burrows (2000), esse tipo de disposição de esgoto tem-se mostrado não somente aceitável, mas também oferece a "melhor solução ambiental". Deve-se avaliar primeiro o rumo do emissário, livre de obstáculos (ou que minimize a remoção de grandes rochas, arrecifes), evitando áreas problemáticas. O tempo e o custo para determinação desse rumo evitarão problemas durante a sua instalação (Reiff, 2002). Outra questão importante a ser considerada durante a fase de projeto é, sempre que possível, utilizar a carga hidráulica estática de gravidade e evitar o bombeamento de águas residuais. Tal cuidado será para manter os custos de operação baixos para as pequenas comunidades. Deve-se recordar também que as marés altas e o fluxo de pico para as águas residuais provavelmente ocorrerão simultaneamente, devendo-se evitar uma sobrecarga nas conexões no momento do deságue. Também é importante lembrar que a água do mar tem uma densidade de aproximadamente 2,5% maior que as águas residuais, e essa carga hidráulica estática deverá ser superada pela carga disponível ou pelas instalações de bombeamento. A carga hidráulica pode ser significativa, especialmente para emissários profundos. Em um emissário de 60 m de profundidade, ela representa 1,5 m (Reiff, 2002). Há pouca necessidade de manutenção, sendo limitada ao controle de atividades de operação e limpeza do sistema de pré-tratamento, em conjunto com a adequada disposição dos resíduos sólidos gerados. Manutenção intensiva só ocorrerá quando o emissário sofrer danos e vazamentos que reduzam a distância e profundidade da descarga ou quando acontecer o entupimento por depósito de sólidos ou incrustação de organismos marinhos. O bloqueio de um emissário pode ser evitado com um adequado projeto de descarga dos bocais e pela inspeção regular, como descrito anteriormente. Caso ocorra, é relativamente fácil e de baixo custo desobstruir a tubulação, tanto manualmente como por bombeamento com vazões elevadas para um curto período. Segundo Reiff (2002), outra forma de se obter velocidades adequadas dentro da tubulação é selecionar o diâmetro do tubo — utilizando o balanço da redução de perda de carga e as velocidades de fluxo — necessário para manter o suficiente arraste que evitará a deposição de resíduos e o crescimento de bactérias. No caso de emissários de polietileno de alta densidade e que transportam efluentes tratados com milipeneiras, fossas sépticas ou outros tratamentos mais completos, as velocidades de fluxo satisfatórias tanto para a fricção como para a limpeza estão apontadas na Tab. 20.10. O autor também desta.ca a importância de se obter essas velocidades para a limpeza pelo menos uma vez ao clia, durante tempo suficiente

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para conseguir uma lavagem completa da tubulação. Caso contrário, possivelmente haverá deposição de sólidos ou incrustação de graxas e crescimento de bactérias, necessitando a utilização de algum dispositivo de limpeza dentro da tubulação para evitar sua constrição ou feChamento. TABELA 20.10 Intervalos de velocidade de fluxo para emissários submarinos de PEAD

Tamanho do tubo (cm)

Intervalos de velocidade (m/s)

10-30 25-50 40-75

0,7-2 1,2-3 2-4

Fonte: Reiff (2002).

Ao se projetar um emissário com vida útil de 25 anos, é importante revisar as velocidades de vazões máximas atuais para verificar se terão velocidades de arraste suficientes nos primeiros anos de operação. Se não for possível, deve-se implementar um programa de limpeza (Reiff, 2002). Rupturas no emissário ou vazamentos pequenos requerem maiores recursos, pois a reparação de estruturas embaixo d'água normalmente é difícil e morosa. Por isso, todo o esforço deverá ser direcionado para prover uma adequada proteção ao emissário durante a fase de construção. As principais causas de rupturas, vazamentos ou destruição total são as ações de ondas, os impactos diretos de âncoras de embarcações, redes de pesca e a flutuação. Mudanças no perfil do fundo marinho com a respectiva falha de adaptação da tubulação também são causas importantes para o vazamento em emissário. Para evitar a flutuação, é importante (e geralmente suficiente) prevenir a penetração de ar na tubulação com a instalação de chaminés de equilíbrio e a adoção de um perfil vertical que não apresente curvas e bolsões que possam acumular o ar. A ancoragem da tubulação dependerá do tipo de material a ser utilizado, e há vários exemplos em literatura para defmir as especificações. Proteção contra a ação de ondas pode ser feita enterrando-se a tubulação ou cobrindo-a com molhe, e deve incluir toda a área da zona de arrebentação para as diferentes épocas do ano. Um detalhamento do projeto para essa proteção requer a determinação da altura de onda(1), mas, para a maior parte das situações encontradas no Mediterrâneo, e especialmente para os médios e pequenos emissários, a melhor solução é enterrar a tubulação em profundidade igual a 4 m, medida a partir da superfície do mar até a menor baixa-mar.

As ondas arrebentam em profundidade igual a 1,28 de sua altura, sendo essa, então, a profundidade na qual deverá ser feita a proteção. (1)

Para proteger a tubulação contra a ação de âncoras e redes de pesca, a solução apontada é o enterramento ou a cobertura com blocos de ancoragem, em profundidades de 10 a 15 m. Embora blocos de ancoragem sejam caros, são a melhor alternativa para pequenos e médios emissários, e o investimento é compensado ao longo da vida útil do emissário. Para enterrar a tubulação, há diferentes opções, como a abertura de uma vala antes do assentamento da tubulação ou a dragagem paralela ao emissário, utilizando-se equipamento operado manualmente. Para contornar a questão da mobilidade natural do leito oceânico, aconselhase a utilização de tubos em material plástico ou aço para pequenos e médios

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental integrado

emissários. A utilização de material plástico como o polietileno de alta densidade e o PVC é vantajosa por não oferecer problemas de corrosão e facilitar serem transportados e assentados com comprimentos acima de 1.000 m, sem junção. Como uma precaução adicional contra os danos de âncoras e redes de pesca, os emissários submarinos devem ser claramente demarcados com boias no seu final e nas partes desprotegidas, assim como sinalizar a proibição de ancoragem e pesca em um raio de 200 m. Avisos de perigo para o mergulho ou a prática de vela ao redor também devem ser colocados, pois não incomurn encontrar botes ancorados próximo aos difusores para a pesca ou a boia servir como ponto de referência para a prática de mergulho. É preciso demarcar as áreas de emissários em cartas náuticas, com a clara indicação da proibição para ancoragem e pesca.

20.4.15 Estações de tratamento de esgoto na região do Mar Mediterrâneo Outro estudo, dentro do programa Mediterranean Action Plan, foi o levantamento realizado em 2000 para avaliar a produção de esgoto (doméstico, industrial, agrícola e outros), o sistema de coleta e sua disposição final (Unep/MAP/WHO, 2000). Parte desse estudo baseou-se primeiro no levantamento realizado pelo programa das Nações Unidas para a Década Internacional da Água e Saneamento (19801990). As análises mostraram a seguinte situação: a) Um grande número de aglomerações urbanas não tem tratamento de esgoto adequado, particularmente nas cidades costeiras do Mediterrâneo onde a capacidade de atendimento é insuficiente ante as fiutuações sazonais da população. b) Do volume total de esgoto produzido, 14% recebem tratamento primário, 47% tratamento secundário e 18% tratamento terciário. Cerca de 21% são lançados sem nenhum tratamento no meio ambiente. c) Tanto para o esgoto tratado como para o não tratado, 62% são lançados em corpos de água doce como rios, lagos, lagoas etc., enquanto 30% são lançados no mar. O restante 8% está sendo utilizado para irrigação ou reposição de aquíferos. d) Cerca de 14% do lodo é encaminhado para o mar, 3% para águas superficiais, 42% para uso agrícola, 31% para o aterro e o restante é incinerado. Os sistemas de tratamento de esgoto aplicados são: I — Pré-tratamento: envolve a aplicação de operações para a remoção de areia, cascalho, graxas e óleos. II — Tratamento primário: inclui a aplicação de um processo físico e/ou químico para esgotos com pelo menos 50% de material em suspensão removido e valores de DB05 reduzidos em pelo menos 20% da concentração inicial. III — Tratamento secundário: envolve a aplicação de processos químicos e biológicos e outros procedimentos para reduzir a concentração de matéria orgânica para 70-90% e as concentrações de DQO para 75%.

06-

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

IV — Tratamento terciário: inclui a aplicação de processos químicos e biológicos e outros procedimentos para reduzir em 80% a concentração de nutrientes e remover outros parâmetros especfficos, obtendo o abatimento de valores não alcançados durante o'tratamento secundário. V — Desinfecção: é um processo especial que visa reduzir o número de micro-organismos patogênicos na água tratada.

O levantamento realizado destacou a importância de estudar caso a caso o emprego da melhor metodologia de tratamento, avaliando a localização e a forma de descarga do efluente, e de atender aos requisitos ecológicos, sanitários, estéticos e econômicos. A necessidade de avaliar os custos de operação e manutenção, assim como o nível educacional da região para a qual uma estação de tratamento esteja planejada, deve ser particularmente enfatizada. Muitas estações de tratamento sofisticadas e caras tornam-se completamente sem uso ou ineficazes em um curto intervalo de tempo em razão de uma manutenção inapropriada. Os países envoMdos no estudo foram: Albânia, Algéria, Croácia, Chipre, Egito, França, Grécia, Israel, Itália, Líbano, Líbia, Malta, Mônaco, Marrocos, Eslovênia, Espanha, Síria, Tunísia e Turquia. Foram analisados dados de 545 cidades com uma população residente total de 58.799.000 habitantes, sendo que 70% (41.445.000 hab.) possuem rede de coleta e estação de tratamento. Cerca de 132 cidades (24%) não possuem estação de tratamento de esgoto. Dentre as 374 cidades (69%) servidas por esgotamento sanitário, 83 (22%) recebem tratamento primário, 241 (65%) tratamento secundário e 37 (10%) tratamento terciário. Cerca de 13 cidades (3%) não apresentaram dados que esclarecessem o tipo de tratamento empregado nas estações. O volume total de esgoto tratado é de 8.037.000 m3/dia (47%), e o não tratado, de 9.001.000 m3/dia (53%). As falhas encontradas no estudo (e que servem de diretrizes para a elaboração de um roteiro abrangente quanto à questão da implantação de um sistema de tratamento) são as seguintes: •

Dados populacionais não-consistentes, inexistentes ou desatualizados, especialmente no que se refere ao aumento sazonal da população.

•

Informação incompleta ou difusa sobre a geração de esgoto tratado ou não tratado.

•

Informação insuficiente quanto aos tipos de serviços prestados à população, por exemplo, a exata população servida por estações de tratamento, por uma rede coletora ou outros sistemas de disposição; ou informação sobre o grau de tratamento nas estações em operação (primário, secundário ou terciário).

•

Dados sobre o ano de construção das estações de tratamento, informação necessária para atualização dos serviços e redimensionamento do sistema de acordo com as necessidades atuais.

O estudo (UNnep/MAP/WHO, 2000) também reforça a necessidade de se manter dados populacionais atualizados de forma a permitir projeções adequadas aos novos sistemas de tratamento de esgoto, monitorar o ftmcionamento dos sistemas existentes e avaliar a performance dos sistemas em operação. Destaca também

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

manter um "mecanismo de alerta" que permita uma rápida detecção de qualquer risco de poluição ao meio ambiente marinho e proteja a população envolvida. O registro da flutuação sazonal da população não é controlado pela União Europeia, e em muitos países tal informação é inexistente e de dificil obtenção, apesar de ser vital para estimar os chamados "serviços de pico", isto é, dimensionar apropriadamente a rede coletora, as estações de tratamento e provisões necessárias para o período máximo de descarga das unidades do sistema. O problema da dispersão de dados é apontado pelo estudo (Unep/MAP/WHO, 2000) como a principal causa para a ausência de informações disponíveis, necessárias para o controle de qualidade do meio marinho. Para contornar essa conjuntura, um mecanismo de coordenação pode ser aplicado em âmbito nacional, com base em legislação que cubra as esferas central, intermediária e periférica. Sugere-se a participação da comunidade com a instalação de um comitê para o gerenciamento do meio marinho da localidade, incluindo o monitoramento do uso e da qualidade da água, assim como o controle do movimento populacional. A disponibilidade dessas informações será mantida localmente, mas os critérios ambientais poderão ser ditados pela coordenação central, observando-se todas as situações que possam ocorrer em âmbito local. Outros problemas de poluição por esgoto deverão ser estudados, como a infiltração de esgoto disposto em fossas sépticas construídas próximo à praia, descargas periódicas no meio marinho do conteúdo dessas fossas, e descarga periódica dos resíduos poluentes nas estações com tratamento primário, secundário ou terciário. Por fim, o documento ressalta a necessidade de se conhecer a contribuição das maiores cidades ao longo do Mar Mediterrâneo na modificação do meio ambiente marinho. O Guideline para a licença de descargas de efluentes liquidos (Unep/WHO, 1996b) aponta estratégias para o tratamento de esgotos (tanto municipal quanto industrial) com o objetivo de assegurar os padrões de emissão ou a qualidade ambiental pretendida, estabelecidos na Diretiva n° 91/271/CEE. A coleta, o tratamento e a disposição final deverão ser projetados de acordo com essas premissas.

Embora o Guideline não indique parâmetros específicos para os esgotos em geral, alguns desses fatores podem ser determinados para identificar os poluentes originários de pequenas indústrias e estabelecimentos comerciais num sistema de coleta municipal, como: sólidos em suspensão, material flotante (graxas), DBO, DQO, micro-organismos, oxigênio dissolvido, nutrientes (nitrogênio e fósforo), metais pesados, descargas termais. A remoção quantitativa desses parâmetros tem como objetivo prevenir a deterioração da qualidade da água do mar. Do ponto de vista do gerenciamento da qualidade ambiental, instalações centrais ou regionais de tratamento de esgoto podem ser prioritárias, pois, quanto maior a estação, melhor desempenho da ETE e mais uniforme é a qualidade do efluente (UN/ECE, 1984, apud Unep/WHO, 1996b). As vantagens de grandes estações são as seguintes: a) Custos de planejamento e construção são menores para uma grande estação de tratamento do que para duas ou mais instalações individuais. b) Custos de operação são menores de acordo com a economia de escala, isto é, quanto mais esgoto é tratado, menor é a taxa por unidade de volume total.

607

60J

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

c) Menor custo de energia com a aplicação de digestão anaeróbia. d) Maior eficiência no controle do lodo e na destinação final. e) Operadores de grandes estações de tratamento são mais bem qualificados, o que permite melhor controle e eficiência na manutenção. f)

O número de operadores necessários para grandes estações é menor do que o indispensável para operar duas ou mais pequenas estações. Quanto às desvantagens:

a) Os custos de construção e operação podem aumentar significativamente por causa da extensão da rede coletora e da instalação de mais estações elevatórias. b) Interrupções em uma instalação centralizada podem prejudicar a qualidade e os fluxos do efluente em uma grande área geográfica, quando comparada com uma área menor e localizada de uma estação de tratamento de pequeno porte. c) Uma grande estação de tratamento concentra efluente em um só ponto de descarga, podendo prejudicar a capacidade assimilativa do corpo receptor, enquanto a capacidade depuradora de toda a extensão de um rio, muitas vezes, não é utilizada com numerosas e pequenas descargas de estações de tratamento dispersas. d) Há uma dificuldade crescente em alocar os respectivos custos aos usuários. e) Há um aumento significativo na vulnerabilidade do sistema em caso de falhas, quebras e acidentes no processo de tratamento. f)

O financiamento da obra é mais complexo.

g) Deverá haver aumento em medidas de segurança, capacidade disponível e programas de controle para prevenir ou reduzir danos às águas receptoras. A área e o número de habitantes servidos em cada instalação dependerão tanto das considerações técnicas como das administrativas. Do ponto de vista administrativo, o tamanho dependerá da disponibilidade territorial e das comunidades locais que serão agrupadas para receberem o tratamento. Do ponto de vista técnico, no caso de um sistema de tratamento coletivo, a dimensão da instalação é importante, de modo a não ser muito pequena, para prevenir problemas operacionais e reduzir os custos por habitante. Por outro lado, não poderá ser muito extensa para prevenir: •

longo tempo no transporte, propiciando condições anaeróbias, fermentação e desvantagens como odor, deterioração da estação, problemas durante o período de tratamento biológico após o aumento no fluxo de turistas;

•

grande impacto nas águas costeiras devido ao volume de descarga final.

Embora cada caso deva ser estudado, há um procedimento geral a seguir, segundo o Guideline da Unep/WHO (1996b). Com o objetivo de estimar corretamente os efluentes líquidos provenientes de fontes domésticas, a figura seguinte (ver Fig. 20.19) ilustra os passos a serem considerados.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Autoridades responsáveis

Dados populacionais

Disposição do efluente doméstico

Sentido preferencial

% da população servida por rede coletora e fossa séptica (dados disponíveis)

Situação

Estudo de caso

Avaliação sobre a % da população servida por rede coletora e fossa séptica

Suposições para a avaliação mencionada

Verificação das suposições

Efluente doméstico e cargas de poluentes Consumo de água

Dados para avaliação da área Distribuição dos efluentes Distribuição da população

Área de distribuiOo dos efluentes domesticos

Dados de entrada para a situação de poluição da água

6'09 Figura 20.19 Estimativa dos efluentes provenientes de fontes domésticas.

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de licenciamento Ambiental

O conteúdo de poluentes em um efluente tratado ou a ser tratado deverá sempre ser expresso em termos de carga de poluentes, pois, em termos de concentração, poderá facilmente ser mascarado pela diluição. Isso é importante para os efluentes industriais, que deverão sofrer um pré-tratamento antes de serern lançados no sistema coletor municipal. A recomendação feita para a concepção de estações de tratamento de esgoto é utilizar sistemas simples e seguros como as lagoas de estabilização, por exemplo. Mas há fatores que afetam a escolha do processo de tratamento: •

Custo mínimo de instalação (devem ser considerados as dimensões do terreno necessário para a obra, estruturas mecânica e elétrica, número de aeradores e média de operação, custos e equipamento).

•

Custo mínimo de operação (eficiência, segurança, durabilidade, efeitos das condições climáticas, possibilidade de automação).

•

Efeitos colaterais mínimos (produção de lodo e destinação fmal, impacto sobre outros processos de tratamento, adequação da velocidade de aeração para 0,3 m/s com o intuito de prevenir deposição, supressão da espuma produzida por detergente, ruído, odor e aerossóis).

•

Adaptabilidade (facilidade de aumento na capacidade de tratamento, efeitos nas flutuações em volume e/ou carga, facilidade de automação ou modificação de padrões de operação, efeitos de falhas elétricas e subsequente eficiência na aeração).

20.4.1 6 Gerenciamento ambiental sugerido para o Mar Mediterrâneo Segundo o Guideline para as descargas de efluentes liquidos (Unep/WHO, 1996b), as inter-relações entre os componentes do gerenciamento de qualidade ambiental são mostradas conforme o esquema da figura seguinte (ver Fig. 20.20), e seus componentes podem ser caracterizados como: • • • • • • •

percepção de um problema de qualidade ambiental; coleta de dados, análises e desenvolvimento de estratégias para a solução de problemas ambientais; legislação e regulamentos; desenvolvimento e promulgação de critérios; emissão de permissões e licenças; aplicação de instrumentos ambientais para induzir o cumprimento da lei; fiscalização.

Para cada componente do ciclo de gerenciamento da qualidade ambiental, deverá haver o feedback (retroalimentação), isto é, os dados encontrados a partir dos problemas e que foram utilizados para a emissão de permissões, muitas vezes, apresentam ambiguidades na legislação e fiscalização, devendo entrar novamente no ciclo. Nesse processo, todos os níveis governamentais com atividades de gerenciamento ambiental estão envolvidos. Um dos maiores requisitos do processo global, no qual influi a emissão de licenças para descarga de esgotos, é a designação de tarefas para os vários níveis de governo.

étt

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Figura 20.20 Ciclo do gerenciamento da quali-

Planejamento

dade ambiental, de acordo com Unep/WHO (1996b).

Legislação Fiscalização Percepção do problema Padrões

Na década de 1980, a politica ambiental surgiu como um novo conceito de politica nacional, primeiro buscando solucionar problemas locais. Gradualmente foi sendo incorporado o planejamento em longo prazo, melhorando a eficácia e a eficiência econômicas com relação ao gerenciamento da qualidade ambiental. Muitas decisões governamentais denominadas como "politicas ambientais" são, de fato, instrumentos, medidas ou ações projetados para se obter como metaindicadores da qualidade ambiental mediante o controle das descargas de esgoto. Por exemplo, a concessão de subsídios para custos de capital de estações de tratamento de esgoto nos municípios é um instrumento ambiental imposto sobre atividades (no caso, a descarga de esgotos pelos municípios) com o objetivo de alcançar uma qualidade ambiental. De modo similar, empréstimos para construção e facilidades, divisão de custos para implementação de certas medidas na redução de descargas de sedimento, proibição de uso de pesticidas específicos, rendimentos de títulos industriais para prover fundos na instalação de maquinários e equipamentos para controle de poluição representam instrumentos ambientais. Essas ferramentas induzem ao alcance de metas da qualidade ambiental, e são, no caso do esgotamento municipal, uma forma de impor o tratamento secundário em esgotos. Com base nessas premissas, pode-se considerar que há dois níveis de politica: o básico ou primário relaciona-se com a adoção, pelo país, de objetivos para a qualidade ambiental, isto é, o alcance de uma desejável qualidade das águas superficiais definidas como aceitáveis para a pesca ou recreação; o segundo nível é representado por decisões como a imposição de limites de descarga das fontes poluidoras ou a implementação de práticas de gerenciamento em fontes não-pontuais. As estratégias usuais de controle de poluição marinha são classificadas em três grandes categorias (Unep, 1985, apud Unep/WHO, 1996b): • • •

com base nos critérios de qualidade ambiental marinha; com base nos critérios de emissão; com base no planejamento ambiental.

0,2

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

A estratégia fundamentada em critérios de qualidade marinha está relacionada diretamente com a qualidade de água, biota ou sedimentos, que devem ser mantidos em nível desejável para o uso a que se destinam. Na implementação dessa estratégia, avaliações técniéas são conduzidas para determinar o má.ximo permitido capaz de garantir os níveis de qualidade ambiental. Essas avaliações consideram os destinos e efeitos de vários contaminantes, sua quantificação e a existência de características naturais relevantes ao ecossistema marinho. Padrões numéricos são estabelecidos para aquelas concentrações medidas em um ambiente receptor e então comparadas. São mais restritivos do que os números derivados de avaliações técnicas, permitindo avalizar o monitoramento e requerimentos de segurança. Mudanças nos itens monitorados após o ajuste da flutuação natural poderão significar a necessidade de novas reduções nos valores permitidos e alteração dos critérios existentes e controles. A estratégia com base em critérios de emissão é empregada para prevenir qualquer aumento nos níveis de contaminantes específicos. É uma estratégia intermediária para permitir um desenvolvimento com base sólida cientffica sobre a qual critérios de qualidade mais precisos possam ser empregados. Isso não implica a existência de um estado ambiental que seja satisfatório ou que elimine a necessidade de sua melhoria. No caso da emissão de efluentes biodegradáveis, considera-se a diluição no corpo receptor, e aceita-se que (por um curto período) os valores excedam no ponto de descarga. Para descargas maiores, há que se considerar o custo eficaz do controle, e as descargas permitidas são medidas em termos de carga total no meio receptor, sem considerar a qualidade específica do local. Essa estratégia baseada em critérios de emissão pode também estar apoiada no princípio geral do controle de poluição, com ferramentas como as tecnologias disponíveis, a distribuição de custos de controle, ou no cumprimento da lei. Os critérios são fundamentados nas seguintes estratégias. a) A melhor tecnologia oferecida, que reflete a aplicação de um espectro de tecnologias proporcionadas para o setor de interesse. b) A melhor tecnologia disponível, que considera o estado da arte no setor tecnológico para a supervisão da emissão de contaminantes, devendo refletir um controle mais restrito, e utilizada para a proteção de ambientes sensíveis. c) Descarga zero para uma situação em que uma proteção restrita é apropriada ao meio ambiente marinho, havendo a negativa em liberar contaminantes no meio ambiente. d) Uniformização dos critérios de emissão, ou seja, a aplicação em situações em que há problemas de poluição de natureza similar e necessidade urgente de reduzir a poluição. Esses critérios não consideram a natureza das fontes de emissão, sua base econômica ou o ambiente receptor.

Estratégias apoiadas em planejamento ambiental fazem parte das táticas citadas, permitindo gerenciar e proteger determinados ambientes que envolvam restrições ou modificações de atividades, incluindo as descargas. O planejamento também inclui a avaliação ambiental dessas atividades, englobando a análise das características ecológicas do ambiente receptor, os efeitos potenciais diretos e indiretos, e/ou impactos da atividade sobre o ambiente, e também a avaliação das alternativas e seus riscos potenciais.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Uma estratégia com base no planejamento ambiental pressupõe um planejamento regional, levando-se em conta os aspectos socioeconômicos e fatores ecológicos, que serão utilizados para o desenvolvimento, assim como o gerenciamento da zona costeira, visando sua melhor utilização. Desse modo, as atividades potenciais serão avaliadas como componentes, sendo possíveis o zoneamento e restrições de uso ou modificações por meio de ferramentas de regulação. Nas restrições de uso, são identificadas áreas críticas, espécies ameaçadas e ecossistemas frágeis.

24.4.17 O processo para a emissão de critérios e licenças Segundo o Guideline para a descarga de efluentes liquidos (Unep/WHO, 1996b), múltiplos atores estão envolvidos em cada componente do gerenciamento de qualidade ambiental, incluindo a emissão de licenças para a descarga de esgoto. Os componentes são: •

Agências públicas, como as agências reguladoras de todos os níveis de governo, incluindo autoridades locais, com jurisdição tanto geral como especializada, cujo papel consiste em: o o o o

o o o o

o o •

Tribunais o o o o

•

Desenvolvimento e aplicação da legislação. Ajuste do critério e desenvolvimento de guidelines. Emissão de permissões e realização de inspeções. Monitoramento das descargas e checagem no cumprimento dos critérios, monitoramento da qualidade ambiental e checagem dos dados obtidos nas descargas. Imposição de sanções pelo não-cumprimento. Desenvolvimento de ações cooperativas entre os setores públicos e privados responsáveis pelas descargas. Assistência em auditorias ambientais. Publicação de performances (boas ou más) de atividades de descarga, manutenção e condições de acesso para a informação sobre atividades de descarga. Desenvolvimento e operação de um sistema de resposta ao cumprimento. Promoção de processos tecnológicos mais limpos.

Determinação das atividades de descargas que estão ou não de acordo com os limites estabelecidos em lei. Determinação de critérios justos e/ou razoáveis. Fiscalização da agência reguladora no cumprimento de suas funções. Imposição de sanções judiciais.

Setor privado Inclui atividades industriais, turísticas, agrícolas e outras instituições, agências públicas que também sejam emissoras de poluentes na medida em que suas atividades são relevantes. Esse setor algumas vezes se envolve em: o o

Processos legislatórios. Ajuste de critérios e desenvolvimento de guidelines.

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

o o •

Associações comerciais o o o

•

o

Requisição de auditoria ambiental como condição para prover a cobertura do seguro. Estabelecimento de vários critérios de operação em atividades anteriores ao fornecimento da cobertura.

Grupos ambientais o o o o

•

Apresentação de testemunho em processo legislativo e em reuniões para o ajuste de critérios. Execução de pesquisa em controle de poluição e tecnologia para o processo de modificação. Participação no desenvolvimento de guidelines para auditoria ambiental.

Companhias de seguro o

•

Monitoramento apropriado da qualidade de matéria-prima e das descargas de efluentes. Desenvolvimento de ações cooperativas entre as agências reguladoras de acordo com as aúditorias ambientais.

Influência sobre a legislação. Influência sobre a emissão de licenças. Participação em grupos associados com atividades privadas e públicas no desenvolvimento de critérios e procedimentos de monitoramento. Denúncia aos tribunais contra atividades poluidoras de entidades públicas e privadas, assim como contra agências reguladoras.

Organizações internacionais o o

Disposição de guidelines e assessoria de peritos. Disposição de assistência financeira.

Com exceção das agências reguladoras e dos tribunais, os papéis especfficos desempenhados em cada uma das organizações mencionadas dependerão muito da legislação nacional e dos ajustes administrativos adotados. Uma estratégia para a licença de descarga contém os seguintes elementos: •

Especificação dos principais objetivos e ações em curso.

•

Provisão de mecanismos de licença, procedimentos legais e regulamentos.

•

Especificação de substâncias importantes, como poluentes convencionais, substâncias tóxicas, materiais perigosos.

•

Especificação dos tipos de descargas relevantes, como descargas contínuas, descargas acidentais, e atividades a partir das quais nenhuma descarga é desejada.

•

Especificação de três escalas de importância, isto é, episódios de curto período, sazonal, condições de longo período.

•

Distribuição de tarefas entre as agências governamentais.

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Como os efeitos de descarga não são sempre os mesmos, a estratégia para a licença deverá conter um delineamento de grupos-alvo nos quais as ações deverão ser concentradas. A classificação desses alvos será baseada em fatores como o tamanho e a complexidade da atividade, a natureza dos poluentes lançados, a área geográfica em termos de densidade populacional e a sensibilidade dos ecossistemas, os períodos do ano nos quais as condições meteorológicas são piores e o tipo de atividade. Embora as políticas ambientais variem conforme o país, há requerimentos nacionais de caráter legal e técnico (no caso do Mar Mediterrâneo) para a licença de descargas municipais e industriais. As descargas industriais deverão seguir o controle de um pré-tratamento rigoroso, mesmo que sejam lançadas em um sistema municipal de esgoto, obedecendo aos padrões preconizados pela legislação nacional. Países que utilizam o reúso para a irrigação agrícola ou outros propósitos terão diferentes padrões (e maior grau de tratamento) dependendo do uso final do efluente tratado, sendo os critérios mais rigorosos do que para a disposição oceânica. Caso parte do efluente tratado seja disposta em reúso e outra parte seja despejada no mar, a legislação deverá especificar critérios para as duas operações, pois as descargas dependerão das condições climáticas ao longo do ano. Planejamento, desenvolvimento e aplicação da legislação requerem a disponibilidade de infraestrutura técnica e administrativa necessária em todas as instâncias, incluindo a etapa de planejamento preliminar. Para a aplicação da legislação, o Guideline (Unep/WHO, 1996b) faz as seguintes recomendações para o controle das descargas de esgoto municipais e industriais (por emissários submarinos ou deságue em rios): a) Proibição de toda descarga de esgoto em rios ou oceano, a menos que exista uma licença específica pelo órgão nacional competente, o qual é formalmente designado em legislação. b) Proibição de toda descarga industrial, a menos que esteja licenciada, como descrito anteriormente. c) Definições das condições de concessão para os casos mencionados, incluindo o tipo, a quantidade e a composição do esgoto, e, em caso de disposição direta em mar ou rio, local da descarga, rumo da disposição e tratamento. d) Duração do período de licença e condições para a renovação. e) Definição de ocorrências como alterações de processo, licenças inválidas e condições para novas aplicações. f) Lista de padrões de qualidade para os efluentes com disposição direta, com limites de concentrações de poluentes que não impliquem uma emissão de licença, em especial para o caso de efluentes industriais, em que tanto a estação de tratamento como a área total envolvida, com o local da descarga, devem ser considerados. Lista de padrões de qualidade para efluentes industriais lançados em tubulações da rede municipal. h) Fornecimento de procedimentos com os poluentes não especificamente listados, atualização regular e correções em listas e critérios.

0.5)

06"

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

i) Prover a inspeção apropriada das estações de tratamento (industriais, municipais etc.) para assegurar o cumprimento com as condições da licença. j)

Prover o monitoramento do efluente tratado e não tratado, processos industriais, áreas marinhas sensíveis, definindo o órgão responsável por tal monitoramento (não necessariamente a execução).

k) Prover os contatos e cooperações formais, quando diferentes responsabilidades são alocadas para mais de uma autoridade. Fornecer procedimentos em relação a custos, taxas e penalidades. Um pré-requisito fundamental é determinar a extensão do problema, examinando primeiro as fontes poluidoras que são descarregadas no mar. Devem ser observadas todas as fontes diretas e indiretas, quantidades e composição dos esgotos e, para o caso de efluentes industriais lançados na rede coletora municipal, localizar a indústria. Além dessa compilação de dados, necessária para um eventual processo de licença, o inventário deverá conter todas as informações disponíveis entre a fonte e a disposição final, como dados dos sistemas de tratamento, estruturas dos emissários e estações de tratamento (se houver). O levantamento, feito de maneira adequada, proverá todas as informações necessárias sobre origem, tipo e quantidade de poluentes gerados e o modo de descarga no meio marinho. Concomitantemente, um estudo das áreas sensíveis na região costeira será realizado, com análise de contaminação microbiológica das praias, níveis de poluentes industriais em peixes e, para os mariscos, tanto as análises microbiológicas como de poluentes. Parques marinhos e reservas naturais deverão ser estudados, principalmente se estiverem próximos aos locais de descarga. Após a interpretação desses resultados serão determinados todos os procedimentos legais, técnicos e administrativos para o controle de descargas, incluindo anexos contendo padrões aceitáveis para os vários poluentes em efluentes. É sabido que nações mais pobres e integrantes da Comunidade Europeia não têm cumprido todas as exigências, dado que a coleta e a interpretação dos resultados demandam custos. Para a elaboração de leis ou regulamentos, não são necessários esses detalhamentos, embora o próprio Guideline (Unep/WHO, 1996b) aconselhe o início de tais medições de controle o mais breve possível para refletir a fidelidade das informações nos critérios apresentados. O gerenciamento no controle da poluição costeira, baseado em restrições de descarga de efluentes por meio de processo de licença, é mostrado em forma de diagrama na figura a seguir (ver Fig. 20.21). E quanto ao procedimento para o controle ambiental de descargas pela qualidade de água utilizada, é mostrado na Fig. 20.22.

1

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Informação da fonte poluidora

Informação da qualidade da água

o o,

14X

oc

o z

Informação, validação e avaliação

MON ITORA M ENTO

CON TRO LE

Emissão e revisão da licença

Aplicação da licença

Amostragem e análise

Validação dos dados e parecer

Resultados do monitoramento

677 Figura 20.21 Gerenciamento no controle da poluição costeira, de acordo com a Unep/WHO (1996b).

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

Figura 20.22 Procedimentos para os controles de descargas por meio da qualidade ambiental do uso da água. (Unep/ WHO, 1996b)

Definição da área e classificação de uso

Determinação de critérios para diferentes usos

Uso previsto em lei/níveis de qualidade

J

Decisão de níveis de qualidade requerida

Níveis de qualidade estipulados para a area definida

Comparação observada e níveis estipulados

A Seleção de possíveis pontos de descarga

Determinação de cargas para cada ponto de descarga com o intuito de atender aos níveis de qualidade na área definida

Acesso ao tratamento para verificar determinadas cargas

Avaliar custos para cada ponto de descarga e cargas associadas

Selecionar a melhor solução

Monitoramento Instalação de tratamento por emissário

Operação da instalação

Efluente e águas costeiras

Impacto Ambiental e Gerenciamento Ambiental Integrado

Em suma, as seguintes tarefas deverão ser executadas: a) Prioridade na licença de qualquer descarga para assegurar que os efluentes o as áreas marinhas afetadas cumpram com os padrões de qualidade estipulados: o

Inspecionar os sistemas de emissários, verificando o volume e a composição do efluente com respeito aos padrões prescritos para os poluentes listados, e imposição de qualquer medida, incluindo o tratamento para assegurar o cumprimento.

o

Inspecionar as indústrias e as propriedades comerciais que lancem seus esgotos no sistema coletor municipal, determinando para cada caso o processo de produção industrial, a composição dos efluentes no que se refere às concentrações e quantidades de poluentes contidos, e a imposição de tratamento apropriado na fonte prioritária de tal descarga.

o

Inspecionar todas as indústrias que despejem seus efluentes diretamente no mar ou em rios, determinando para cada caso o processo de produção industrial, a composição de efluentes, concentrações e quantidade listada de poluentes, impondo tratamento adequado onde for necessário assegurar o cumprimento da legislação.

o

Aprovar ou prescrever, no caso de indústrias, métodos para a disposição de esgoto, tanto originário do processo industrial como o efluente resultante de tratamento, os quais não poderão ser lançados direta nem indiretamente no meio marinho.

o

Inspecionar todos os locais de descargas, tanto municipal e industrial, determinando os padrões de qualidade da água do mar ou condições sanitárias dos frutos do mar, e impondo modificações na descarga (incluindo a construção de emissários submarinos), se necessário.

b) Como rotina de medição e para avaliar a eficácia das medidas prescritas, assegurando a continuidade no cumprimento dos critérios de qualidade estipulados, deve-se: o

Monitorar a performance das estações de tratamento de esgoto municipais com a análise da entrada de efluentes e do efluente final tratado.

o

Inspecionar, em intervalos apropriados, todos os estabelecimentos comerciais e industriais autorizados a despejar os esgotos em meio marinho ou em sistemas de tratamento municipal para garantir que as medidas prescritas como condição para licença, incluindo tanto o tratamento como a disposição do esgoto, estejam sendo feitas.

o

Executar adequadamente as tarefas listadas no item anterior (a) para novas indústrias que estão aguardando a licença, e para aquelas indústrias que já possuam licença mas estão adequando a descarga em virtude de expansão ou modificação no processo industrial, resultando em alterações na quantidade e composição de seus esgotos.

o

Monitorar regularmente as áreas sensíveis para assegurar que os critérios de qualidade estão sendo observados.

o

Tomar medidas apropriadas quando os padrões de qualidade do efluente ou da água do mar/frutos do mar não estejam em conformidade.

620

Emissários Submarinos, Dispersão de Efluentes e Processo de Licenciamento Ambiental

As medidas citadas requerem pessoal de inspeção treinado, com profissionais que possuam experiência em análise de dados e aspectos ecológicos. Essas análises poderão ser executadas pelos órgãos que emitam as licenças de descarga, mantendo-se a coordenação é a articulação entre os membros da equipe. As análises rotineiras dos efluentes industriais normalmente estarão sob responsabilidade das próprias indústrias, havendo nesse caso um controle regular pelo órgão ambiental, tanto por meio dos próprios laboratórios químicos e microbiológicos, como pela referência de outros laboratórios governamentais apropriados.

20.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os itens desenvolvidos mostraram a complexidade do tema, tendo sido abordado o panorama atual e como os diferentes países buscaram (e ainda buscam) solucionar as questões sobre o tratamento e a disposição final dos efluentes. No Brasil, é inegável o avanço na legislação ambiental, como a Resolução Conama n° 357/2005 (em âmbito federal) e decretos estaduais como o Decreto n° 47.000-2002 do governo paulista. O que é desejável para o contínuo avanço na minimização dos danos causados pelo esgotamento sanitário no país são estudos mais criteriosos para os vários pontos levantados, como a zona de mistura, sua determinação e parâmetros a serem utilizados na detecção dessa zona, por exemplo. Nesse caso, há que também se definir quais possíveis programas computacionais utilizar na modelagem de uma pluma, como sugerem as agências ambientais dos Estados Unidos, da Escócia e Inglaterra. Outra questão é em relação aos parâmetros físico-químicos que deverão ser utilizados em um monitoramento (o que medir, como medir) e à frequência dessas medições. Para isso devem ser considerados aspectos como a vulnerabilidade e a sensibilidade da região impactada, a população-equivalente da localidade e a eficiência do sistema de tratamento utilizado. A adoção de um determinado sistema de tratamento deve considerar não apenas os custos operacionais, mas também sua adequação à localidade onde será construído ou está instalado, ressaltando-se também as características fisiográficas e meteorológicas. No caso do litoral paulista, onde parte dos sistemas de tratamento de esgoto funciona de modo insatisfatório quando há o aumento da população flutuante, devem-se aprofundar os estudos sobre a qualidade de água e a avaliação do T90 para cada localidade. Há que se destacar também que situações como o da Baía de Santos, que recebe contribuição dos canais de Santos e São Vicente, trazendo os poluentes do complexo portuário e das indústrias localizadas no entorno, precisam de um estudo cuidadoso, como foi feito para o Mar Mediterrâneo, identificando as fontes e os efeitos das atividades antrópicas. O sistema estuarino de Santos recebeu até 1988 a contribuição de esgotos e efluentes industriais da Região Metropolitana de São Paulo pela reversão do fluxo do Rio Pinheiros, o que possibilitou a geração de energia elétrica pela Usina de Henry Borden e, dessa maneira, acarretou a poluição no Rio Cubatão (Secretaria do Meio Ambiente/Cetesb/Procop, 2001). O aporte de sedimentos contaminados, dragados do Porto de Santos e indevidamente lançados na baía, assim como a localização dos canais de drenagem ao redor dela, igualmente colaboram na persistência da poluição estuarina.

OBRAS HIDROVIÁRIAS 21 Dragagem e Derrocamento

625

22 Dimensões Básicas das Hidrovias e Obras de Melhoramento para a Navegação 657 23 Obras de Normalização e Regularização do 673 Leito 24 Eclusas de Navegação e Capacidade do Tráfego em Hidrovias

707

25 0 Papel da Aquavia na Economia Contemporânea 745

DRAGAGEM E DERROCAMENTO

21.1 DRAGAGEM 21.1.1 Introdução O serviço de dragagem consiste na escavação e remoção (retirada, transporte e deposição) de solo, rochas decompostas ou desmontadas (por derrocamento) submersos em qualquer profundidade e por meio de variados tipos de equipamentos (mecânicos ou hidráulicos) em mares, estuários e rios. Neste item estão consideradas somente as dragagens em lâminas d'água de até cerca de 30 m de profundidade para fins de navegação. As dragagens fluviais envolvem normalmente menores volumes do que as marítimas, pois as profundidades são reduzidas (abaixo de 5 m), e são realizadas somente sob a ação de correntes, o que reduz o porte dos equipamentos. Dependendo da largura do canal fluvial, pode ser realizada a escavação a partir da margem por escavadeiras, embora preponderem os equipamentos flutuantes. As dragagens de implantação, efetuadas para a implantação de um determinado gabarito geométrico (profundidade, largura e taludes), diferem das dragagens de manutenção, efetuadas sistematicamente para manter o gabarito. De fato, as primeiras acarretam um maior volume de serviço, uma vez que na implantação existe a necessidade da acomodação do terreno virgem ao gabarito imposto, estando sujeita a deslizamentos de taludes até se conseguir a estabilidade das rampas. O objetivo de gestão de curto prazo de uma dragagem consiste na escavação de material de acordo com um determinado gabarito de navegação especificado. Assim, na Fig. 21.1 apresentam-se curvas características de assoreamento no Canal de Acesso ao Porto de Santos (SP), levantadas após as dragagens de manutenção feitas em 1973, 1974 e 1975, sendo esquematizadas as curvas de evolução temporal do alteamento dos fundos em função das cotas finais de dragagem. O objetivo de gestão de longo prazo de urna dragagem diz respeito à localização do despejo dos dragados (bota-fora) de modo a compatibilizar os aspectos técnico-econômicos, economicamente evitar o retorno dos materiais dragados, e ambientais (ver Fig. 21.2). A gestão

626

Dragagem e Derrocamento

-11,00

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- 14,00

1973

1974

1975

1976

Tempo Figura 21.1 (A) Curvas características de assoreamento na curva do Canal de Acesso ao Porto de Santos e esquematização da evolução temporal do assoreamento no canal externo na curva do Canal de Acesso ao Porto de Santos. Tendências (1, 2 e 3), dragagem (D). (Brasil, 1977) (B) Áreas de despejo dos dragados do Porto de Santos utilizadas no século XX. RESULTADOS ANALÍTICOS INORGÂNICOS

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Bacia de evolução

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Procedência/seção Valores Parâmetros Unid.

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mg/kg

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93,33 30,69 593,65 261,41 190,51 80,74 206,10 118,97 41,59 19,76 50 -

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400

Figura 24.34

24.5.3 Condições de aproximação ao emboque da tomada d'água Deve-se avaliar a distribuição de velocidades defronte à tomada produzida pelos contornos adjacentes e a possível formação de vórtices. Os cuidados a serem tomados nas condições de aproximação ao emboque da tomada d'água são: •

Impedir a formação de vórtices, uma vez que a admissão de ar associada pode acumular-se na forma de bolsões nalguns pontos dos aquedutos, os quais, ao estrangularem o escoamento nos aquedutos por atingirem grandes dimensões, são expulsos pelos orifícios de alimentação da câmara, devido ao aumento de pressão. Os bolsões de ar liberados expandem-se na câmara e entram em colapso violentamente na superfície da água, perturbando o enchimento e pondo em risco a segurança das embarcações pela geração de ondas.

•

A distribuição não-uniforme de velocidades junto ao emboque, além de propiciar a formação de vórtices, produz, principalmente em aquedutos curtos, a desigual distribuição de vazões pelos orifícios, produzindo ondas ao longo do eixo longitudinal.

Nas Figs. 24.35 a 24.37 estão apresentados alguns exemplos de projetos de tomadas d'água da Hidrovia do Rio Tietê (SP).

Lei de enchimento, levantada em modelo físico, da Eclusa de Três Irmãos na Hidrovia do Rio Tietê (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/ FCTH)

734 Figura 24.35 Tomada d'água da Eclusa de Barra Bonita na Hidrovia do Rio Tietê (SP).

Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias N.A. máxima

ench_gntg Nível normal

Nível mínimo

Comporta Comporta de controle de entrada de entrada e saída d'água d'água

Câmara de controle de entrada e saída d'água Comporta aqueduto jusante Inspeção

428,50 N A máximo 426,50 N.A. minimo

Suspiros o 1,00 com válvula de retenção Medidos em metros Cotas IBGE

Figura 24.36 Planta e elevação da tomada d'água da Eclusa de Nova Avanhandava na Hidrovia do Rio Tietê (SP).

735

Funcionamento Hidráulico das Eclusas

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2,00

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2

da tomada d'água

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Planta da tomada d'água vN.A. normal 304,50

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6,00

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Comporta segmento

270,00

Figura 24.37

Planta e elevação da tomada d'água da Eclusa de Três Irmãos na Hidrovia do Rio Tietê (SP).

Corte longitudinal

Cotas IBGE Medidas em metros

7J6

Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias

24.5.4 Condições de escoamento nos aquedutos das válvulas Devem ser definidas após o estudo da tomada d'água, pois muitas deficiências do escoamento nos aquedutos são oriundas de comportamento não-satisfatório da tomada. O local que merece mais atenção é a região do poço das comportas e painéis de vedação, onde se deve avaliar a uniformidade do escoamento, existência de descolamentos, velocidades altas em pontos localizados, pressões baixas a jusante das válvulas e sucção de ar. A sucção de ar em grandes quantidades e não controlada produz perturbações no interior da câmara prejudiciais às condições de amarração das embarcações, conforme já descrito. A admissão de ar em quantidades controladas emulsionadas pelo escoamento turbulento à água é favorável à operação de eclusagem por evitar a cavitação e amortecer a agitação na câmara.

24.5.5 Condições de distribuição das vazões nos aquedutos de alimentação A função básica dos aquedutos é distribuir uniformemente as vazões, através de derivações ou de orifícios constituintes do sistema, ao longo da câmara da eclusa. A adequação dessa distribuição influi diretamente sobre o grau de agitação na câmara e, portanto, nos esforços atuantes nos cabos de amarração das embarcações eclusadas. A distribuição de vazão atua na câmara de forma diferenciada, dependendo do sistema projetado para o escoamento das vazões. • Ondas longitudinais ao eixo Um sistema como o da Eclusa de Nova Avanhandava na Hidrovia do Rio Tietê (ver Figs. 24.20 e 24.21), onde um único aqueduto longo de seção constante efetua a distribuição das vazões através de orifícios situados no fundo da câmara no pé dos muros de ala, apresenta uma característica com relação ao plano d'água da câmara completamente diferente da existente nos sistemas designados como hidrodinamicamente balanceados, em que os orifícios distribuem-se pela soleira de fundo da câmara, como é o caso da Eclusa de Três Irmãos na Hidrovia do Rio Tietê (ver Fig. 24.22). A onda formada no interior da câmara da primeira eclusa assemelha-se a um seiche uninodal (ver Fig. 24.38), enquanto

Figura 24.38 Ocorrência de uma onda estacionária uninodal e sua influência sobre o comboio.

Figura 24.39 Onda estacionária polinodal; notese que, neste caso, o comboio fica sujeito a esforços menores do que no anterior.

737

Funcionamento Hidráulico das Eclusas

na segunda ocorre um seiche polinodal (ver Fig. 24.39). No primeiro caso, logo que as válvulas são abertas, as pressões são maiores nos primeiros orifícios, que descarregam desbalanceadamente antes que os de jusante, ocasionando, com as grandes acelerações da massa liquida e o desnível na linha d'água na câmara, esforços elevados nos cabos das embarcações nos estágios iniciais, mas a operação de abertura das válvulas faz com que o escoamento ocorra em todos os orifícios e a pressão disponível em cada saída é crescente para jusante e, portanto, também as vazões. Projetos desenvolvidos para maiores quedas inviabilizaram esses sistemas convencionais de enchimento, conduzindo ao projeto de uma série de aquedutos secundários, com comprimentos iguais e dispostos de modo a aduzir em pontos apropriadamente distribuídos escoamentos simultâneos, como nas eclusas de Três Irmãos na Hidrovia do Rio Tietê, Porto Primavera na Hidrovia do Rio Paraná, Sobradinho na Hidrovia do Rio São Francisco, Lajeado e Tucuruí na Hidrovia do Rio Tocantins. A medição de esforços nos cabos de amarração nos modelos físicos das eclusas de Nova Avanhandava e Três Irmãos (ver Figs. 24.40 a 24.42) ilustra o que ocorre no interior da câmara: no segundo caso (seiche polinodal), como os aquedutos têm comprimentos significativamente menores, também o desbalanceamento é menos pronunciado, com os ângulos das linhas d'água compensados por aqueles formados pelos outros aquedutos da câmara, traduzindo-se em esforços baixos na direção longitudinal das embarcações. Na Fig. 24.43 ilustrase o resultado de um registro em modelo físico da sobrelevação do nível d'água na câmara ao final do enchimento da Eclusa de Porto Primavera. •

Ondas e correntes transversais

.

As ondas transversais ao eixo da câmara decorrem também do desbalanceamento das vazões em função de uma distribuição não-uniforme de velocidades, tendo características de onda estacionária. Por sua vez, a difusão dos jatos através dos orifícios produz correntes recirculatórias, de maior ou menor energia, cujos efeitos são mais intensos durante os instantes iniciais do enchimento (ver Fig. 24.44), sendo as sobrelevações maiores nos aquedutos de concepção mais simples ou com reduzido número de orifícios, devido às menores perdas de energia do escoamento.

Figura 24.40

Registro de um ensaio de medição de esforços no modelo físico da Eclusa de Nova Avanhandava na Hidrovia do Rio Tietê (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/ FCTH)

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738

Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias

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Figura 24.41

Registro de um ensaio de medição de esforços em comboio no modelo físico da Eclusa de Nova Avanhandava na Hidrovia do Rio Tietê (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/ FCTH)

Enchimento Tempo de manobra da comporta: 5 minutos Boreste

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Figura 24.42

Registro de um ensaio de medição de esforços em comboio no modelo físico da Eclusa de Três Irmãos na Hidrovia do Rio Tietê (SP). (São Paulo, Estado/DAEE/SPH/CTH/FCTH)

739

Funcionamento Hidráulico das Eclusas

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Tempo (s)

Final do enchimento (530 s de duração) Figura 24.43 Registro em modelo físico de sobrelevação do nível d'água na câmara ao final do enchimento. Eclusa Porto Primavera na Hidrovia do Rio Paraná (SP/MS). (São Paulo, Estado/ DAEE/SPH/CTH/FCTH)

Eclusa de Três Irmãos

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Corte transversal

Corte transversal

Figura 24.44 Sobrelevações provocadas pela ação do jato.

740

Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias

• Interação entre ondas e embarcações Posições relativas assimétricas ao eixo longitudinal e às extremidades de montante e jusante que uma embarcação pode ocupar no interior da câmara induzirão interações diferentes, mesmo com alimentação hidráulica simétrica. A assimetria com relação ao eixo longitudinal faz com que jatos simétricos efluentes atuem de forma diferente na embarcação, produzindo esforços transversais (ver Fig. 24.45). Já a existência de ondas estacionárias no interior da câmara faz com que os esforços variem de forma diferenciada em cada posição com relação às extremidades de montante e jusante, dependendo da localização dos pontos nodais. Assim, as embarcações menores do que o comboio-tipo poderão ressentir-se, por suas características de ocupação assimétrica da câmara, de esforços maiores, mesmo possuindo menor deslocamento.

24.5.6 Manobras das válvulas A turbulência no interior da câmara será muito determinada pela velocidade de enchimento ou esvaziamento, já que os problemas hidráulicos intensificam-se nos aquedutos com o aumento das velocidades do escoamento, as quais são condicionadas à velocidade de manobra das válvulas. Assim, as manobras de abertura não podem estar somente condicionadas às características do escoamento a jusante das válvulas (basicamente; evitar a cavitação), também deverão ser considerados os esforços produzidos sobre o sistema de amarração das embarcações. Manobras não-lineares costumam satisfazer às condições de compromisso da questão. Figura 24.45 Posição assimétrica da embarcação em relação ao eixo da câmara .

Capacidade de Tráfego das Eclusas

24.6 CAPACIDADE DE TRÁFEGO DAS ECLUSAS 24.6.1 Considerações gerais A capacidade de tráfego das hidrovias é definida pela tonelagem máxima anual que pode transitar por ela em condições operacionais normais. Nos canais de navegação não eclusados, qualquer obra que limite a velocidade ou restrinja a passagem das embarcações reduz a capacidade de tráfego: restrições de cruzamento, navegação somente diurna, pontes com vãos restritivos, fortes correntezas etc. Nos rios canalizados, a capacidade de tráfego está normalmente limitada pelas obras de transposição de desnível. Assim, nas vias eclusadas a capacidade de tráfego é imposta pela obra mais lenta, isto é, a que obriga a um maior tempo de transposição (intervalo em que a obra deve atender a um comboio ou embarcação), o que evidencia o interesse de projetar todas as obras de transposição da mesma via otimizadas com igual capacidade de tráfego. A capacidade de tráfego é um importante parâmetro econômico utilizado para exame da viabilidade das novas vias navegáveis e para a justificativa de reformas e ampliações das vias existentes.

24.6.2 Estimativa da capacidade de tráfego das eclusas Para a o estudo de viabilidade de novas hidrovias, pode-se seguir o método simplificado a seguir apresentado. Define-se capacidade máxima de tráfego — CMT a quantidade máxima de carga que poderia ser movimentada por ano ao longo da via, nas condições ideais de fluxo contínuo nos dois sentidos com as embarcações-tipo trafegando totalmente carregadas, sendo um parâmetro fundamentalmente dependente das características da obra de transposição. A capacidade efetiva de tráfego — CET é definida como aquela que pode realmente ser atingida num regime operacional normal de uma utilização econômica da hidrovia. O quociente entre CET e CMT depende das condições locais de operação e exploração da via fluvial. A CMT é fornecida pela equação: CMT = 24 x 60 x 365 W/T sendo T = Tt o tempo médio de transposição em minutos e W a capacidade de carga de cada embarcação. O tempo Tt, de transposição total entre o fim do cruzamento com a embarcação que sai e o fim do cruzamento com a embarcação que vai entrar na câmara, varia de 18 a 40 minutos, de 30 a 40 minutos nas eclusas de alta queda.

Na determinação da CET, os fatores considerados são: • • • •

tempo real de operação; tempo de transposição das diferentes embarcações que frequentam a obra; número de embarcações efetivamente empregadas em cada operação; tonelagem de carga efetivamente transportada por cada embarcação.

74!

Eclusas de Navegação e Capacidade de Tráfego em Hidrovias

Fundamentando-se nas estatísticas de tráfego de obras existentes em hidrovias com padronização acentuada das embarcações, a CET é cerca de um terço da CMT.

24.6.3 Fatores a considerar no tempo de transposição total O tempo de transposição total de uma eclusa (Tt) é o tempo em que a eclusa fica à disposição de um carregamento. É composto do tempo de operação (To ) e do tempo de liberação (t1). Assim: Tt = To + O tempo de operação é o que decorre entre a embarcação encostar no muro-guia, alinhando-se, e a sua saída completa da câmara. Assim, é composto de: te tempo de entrada na câmara (em média, a 1 nó); tf tempo de fechamento de porta (em média, de 1,5 a 3,5 min); tv tempo de variação do nível d'água na câmara, enchimento ou esvaziamento, decorrendo entre a completa igualdade dos níveis da câmara com os canais externos (em média, com velocidade de 1 m/30 s); ta tempo de abertura de porta (em média, de 1,5 a 3,5 min); tempo de saída da câmara (em média, a 1,5 nó). Os tempos de movimentação da porta de jusante são 50% maiores do que os da porta de montante, por suas maiores dimensões. O tempo de liberação da eclusa para uma nova embarcação corresponde ao tempo de manobra para o posicionamento junto ao muro-guia de outra embarcação que estaria aguardando na garagem de espera. O tempo de abertura das válvulas (tab) é cerca de 1/3 a 1/4 tv . Como exemplo, nas eclusas de Barra Bonita e Bariri na Hidrovia do Rio Tietê, a velocidade de variação do nível d'água é de 2 m/min em média para vencer desníveis em torno aos 22 m, correspondendo a tv = 11 min e tab em torno dos 3 min. No âmbito do conceito de tempo de ciclo, operação de enchimento e esvaziamento sucessivos, o ciclo temporal (Ci) de uma eclusa é dado por: C. = ,, ench +

,iesvaz

+ TI

montante

+

jusante

É o tempo em que a eclusa fica à disposição de comboios sucessivos em sentidos opostos.

24.6.4 Estimativa do esforço num cabo de amarração O máximo esforço num cabo de amarração numa eclusagem, levando em conta a inclinação da linha d'água por ondas, correntes de enchimento e angulação da amarração, pode ser estimado em: F =1 75

W dQ g(Fe — Fb) dt

Capacidade de Tráfego das Eclusas

sendo: Wt : deslocamento total do comboio Fe : área transversal molhada da eclusa Fb : área transversal da seção-mestra da embarcação -q : taxa de variação da vazão no tempo dt Assim, esse esforço é função da taxa de enchimento ou esvaziamento da câmara da eclusa, ligando a segurança da eclusagem com a eficiência econômica do sistema.

24.6.5 Pré-dimensionamento de frota numa hidrovia Considerando urna hidrovia que una dois terminais hidroviários, um de importação (I) e um de exportação (E), distantes entre eles de d, sabendo-se que anualmente deve ser transportada uma tonelagem t, é possível pré-dimensionar uma frota de embarcações que atenda a essa produção. Tendo-se a definição da tonelagem de porte bruto (W) da embarcação-tipo e de suas velocidades de cruzeiro carregada (vc) e em lastro (v1), bem como das taxas de carregamento (TE) e descarga (T1) nos terminais (já considerando tempos de manobras de atracação/desatracação), é possível estimar o número de embarcações necessárias para atender à operação contínua em 1 ano. Esse cálculo pode ser efetuado no caso de via livre, mas também com eclusas, cuja caracterização é dada pelo tempo de transposição total (Tti) das i eclusas da hidrovia. Assim, resulta o tempo de ciclo t c (em horas) para um comboio: d

d

II,

v1

tc = — +— +21

iT

ti

W

W

TE

TI

+— +—

Então, a capacidade de tráfego (CT) para um comboio operando as h horas do ano resulta: CT = (W/tc) x h e o número de embarcações (n) é de: t

n=— CT Na prática, é necessário dispor de um número maior de embarcações, levando em conta necessidades de manutenção e outras contigências. Esse cálculo simplificado permite verificar pontos singulares críticos no transporte, que controlam a capacidade de tráfego da hidrovia, como filas nos terminais hidroviários, ou nas eclusas, o que permite otimizar a operação hidroviária.

743

O PAPEL DA AQUAVIA NA ECONOMIA CONTEMPORÂNEA

25.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS A globalização da economia, associada ao aumento da competitividade internacional, está se fazendo presente de maneira incontestável, pressionando e descartando os concorrentes que têm seus custos internos elevados para o transporte e a movimentação de matérias-primas e produtos acabados. Neste contexto, o transporte aquaviário é fator indutor do desenvolvimento planejado e abrangente, interligando regiões e proporcionando a movimentação, de maneira segura e econômica, de insumos, produtos e pessoas. Entre todas as infraestruturas de transporte terrestre, unicamente a aquaviária apresenta um aspecto polivalente. Realmente, ela se constitui em: • •

um instrumento de transporte; um vetor d'água, isto é, a presença de volumes de água consideráveis que se prestam a diversas utilizações; luta contra as inundações.

Os efeitos da utilização da aquavia se exercem sobre o desenvolvimento das atividades industriais e agrícolas, assim como sobre a urbanização. O transporte aquaviário é, indiscutivelmente, o mais econômico para deslocamento de grandes volumes de carga com baixo valor unitário entre os modais competidores diretos, a ferrovia e a rodovia, desde que ressalvados alguns pressupostos. Assim, os poios de origem ou destino das cargas deverão situar-se próximos a uma aquavia, o que estimula o armazenamento e a produção de mercadorias nas faixas marginais, agregando densidade econômica ao sistema. Sempre que houver a participação conjugada de um outro modal de transporte, torna-se indispensável que as distâncias percorridas pelo modal aquaviário sejam bem superiores às demais. Em decorrência, o aproveitamento aquaviário deve estar inserido em programas mais amplos, considerando a exploração dos recursos minerais, o desenvolvimento agrícola, industrial ou de planejamento estratégico.

746'

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

Deve-se considerar também que o modal aquaviário é o de menor imposição de custos ambientais, isto é, de menores quantidades de energia necessárias para a recomposição ambiental na obtenção do menor afastamento do equilíbrio pré-existente. Para transportar 1 tonelada a urna distância de 1.600 km, urna composição ferroviária a propulsão diesel-elétrica produz 3 vezes mais monóxido de carbono, e um caminhão, 9 vezes mais do que uma embarcação. A possibilidade de navegação cria uma alternativa de transporte de baixo custo para minérios, grãos (soja, trigo, milho), combustíveis (álcool, gasolina, diesel), materiais de construção, cana-de-açúcar, madeiras e carga geral (contêineres) entre o interior do país e as principais áreas de consumo e exportação. O frete é fator fundamental nas análises logísticas de transportes das matrizes de custos das empresas e, portanto, a aquavia, integrada a outros modais de transporte (multimodalidade), pode concorrer com redução de frete de até 50%, principalmente em trechos longos, colaborando, indubitavelmente, para a modernização da economia nacional. Uma embarcação com 22.500 tpb de granéis equivale a 220 vagões de composição ferroviária com 2,5 km de comprimento, ou 900 carretas numa fila de 58 km. Apesar de uma série de implicações para a sua realização, como a necessária intermodalidade, isto, é a conexão com outro modal de transporte, como o transbordo de cargas (elevação de carga ao se passar de um modal para outro) ou transposições de desnível, o transporte aquaviário é o de menor gasto energético.

25.2 A AQUAVIA COMO INSTRUMENTO DE TRANSPORTE A aquavia de grande capacidade de transporte é um meio de transporte moderno, eficaz e de baixo custo, que permite a diminuição do preço dos transportes. A utilização da aquavia, quando possível, também permite reduzir os gastos nos portos marítimos, ou nas instalações de transbordo terrestres. Os preços de embarque e desembarque em terminais são igualmente pouco elevados nos estabelecimentos que recebem seus produtos por via navegável quando neles são utilizados equipamentos de movimentação de grande rendimento, como esteiras transportadoras e carregadoras, rodas de caçambas, alcatruzes e dispositivos pneumáticos. Quando um navio marítimo chega a um porto e sua carga é transferida para uma embarcação da navegação interior ou de cabotagem, há um curto período de pique, durante o qual o aumento da capacidade de transporte da via fluvial tem um papel importante, pois: • •

•

as fábricas, dessa forma, são incitadas a se desenvolverem e a chegarem à sua dimensão ótima; a presença da aquavia atenua as graves perturbações provenientes das interrupções dos outros meios de transporte quando seus usuários dependem deles exclusivamente; o baixo custo da imobilização das unidades não motorizadas melhora as possibilidades de espera e estocagem.

A aquavia é aconselhável para o transporte de cargas indivisíveis pesadas e incômodas e é praticamente o único meio de transporte capaz de carregar material

Atividades Relativas à Aquavia

desse tipo pesando mais de 250 t. Somente ela permite o transporte de volumes de grande altura e largura. As aquavias asseguram o tráfego misto estrada-hidroviário, que pode garantir, em boas condições econômicas, um certo número de ligações. A aquavia assegura à indústria instalada nas suas proximidades o poder se beneficiar, em todas as circunstâncias, de condições de transporte mais favoráveis, mesmo se ela não a utilizar efetivamente. Ela cria urna verdadeira concorrência entre os tipos de transporte, que, mesmo que não se efetive, permanece em potencial teórico, vantagem que é de grande importância quando o custo dos transportes representa uma parte ponderável no preço de venda, principalmente pelos seus efeitos de competição. Essa área de preços de transporte favoráveis não se limita estritamente às vizinhanças imediatas das aquavias, pois é inevitável que se estenda a uma mais ampla zona de influência. A aquavia assegura às unidades de produção implantadas nas suas proximidades uma vantagem adicional sobre aquelas mais afastadas, o que exerce um efeito de atração na instalação de novos estabelecimentos industriais, e isso se faz sentir até no plano internacional.

25.3 O VETOR D'ÁGUA A água das aquavias fluviais tem um papel de importância crescente pelo seu consumo cada vez maior para fins industriais, agrícolas e urbanos. Uma questão de relevo com a qual já deparamos no Brasil é a de que a limitação dessa fonte obriga a atribuir um preço sob a forma de remuneração, transformando-a num verdadeiro bem econômico. Assim, a via navegável é suscetível de: • • •

fornecer às unidades de produção localizadas às suas margens a água necessária ao consumo e à circulação de resfriamento de maquinaria; assegurar a irrigação das terras agrícolas; contribuir para o abastecimento d'água das comunidades.

25.4 A LUTA CONTRA AS INUNDAÇÕES O melhoramento dos cursos d'água, estuários e costas permite realizar uma proteção eficaz contra as inundações e para a defesa dos litorais, e, frequentemente, criar zonas industriais, agrícolas ou urbanas em terrenos antes inundáveis e, por esse motivo, inúteis. Assim, o valor das terras aumenta significativamente nas zonas habitadas após o melhoramento de uma aquavia.

25.5 ATIVIDADES RELATIVAS À AQUAVIA As atividades relativas à aquavia atendem a várias necessidades.

Necessidades industriais As indústrias que podem obter maiores vantagens com a aquavia são as que: • Recebem ou exportam produtos de grande volume (granéis de elevado peso específico), mercadorias pesadas ou volumosas que não podem utilizar outras formas de transporte, ou que utilizam técnicas de transporte adaptadas à aquavia.

747

748

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

•

As que têm importante demanda de água: o o o o o o o o o o

siderurgia; metalurgia e mecânica pesada; metais não-ferrosos; construção elétrica pesada; cimento e fabricação de materiais de construção; centrais termoelétricas; petróleo e petroquímica; química e adubos; alimentação; indústria automobilística.

Uma evolução muito nítida na natureza dos produtos transportados por aquavia é atualmente verificada com a crescente demanda de transporte de produtos de carga geral (metalúrgicos, mecânicos, elétricos, automóveis, contêineres etc.), para os quais o transporte aquaviário, por vários motivos, passa a ser interessante. Deve-se mencionar particularmente a importância econômica das massas indivisíveis pesadas e volumosas, que se constituem frequentemente em elementos de uma encomenda global, como elementos de urna instalação completa de uma planta industrial. Necessidades agrícolas

• •

as que criam fluxos importantes de transporte, como os grãos; as que são sensíveis a uma irrigação satisfatória, ou que temem particularmente as inundações.

Necessidades das cidades A aquavia é um instrumento de urbanização, pois permite assegurar a baixo custo: • •

o transporte de agregados para concreto, cimento e outros materiais de construção indispensáveis ao desenvolvimento das zonas urbanas; a evacuação de entulho, resíduos e detritos provenientes das comunidades.

Atividades de recreação e lazer

25.6 O PAPEL DA AQUAVIA NO

DESENVOLVIMENTO TERRITORIAL SUSTENTÁVEL O chamado desenvolvimento territorial sustentável se propõe a assegurar uma divisão harmônica do desenvolvimento econômico com o meio ambiente e, consequentemente, com as atividades da população.

Interesse na criação de eixos econômicos A criação de eixos privilegiados apresenta vantagens reconhecidas que consistem numa certa unificação dos meios e das atividades, em relação a um desenvolvimento mais disperso e menos eficaz, e em um desenvolvimento linear, em oposição a um desenvolvimento concêntrico, que pode apresentar grandes inconvenientes

749

O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

para o futuro em razão de polarização excessiva, desequilíbrio entre regiões e congestionamentos. Criam-se, assim, grandes eixos atraentes de desenvolvimento. A aquavia de grande capacidade aparece como um instrumento decisivo para a definição da orientação escolhida e a promoção de urna divisão geográfica espontânea do crescimento, principalmente nos grandes eixos previstos no esquema geral do desenvolvimento do território brasileiro. Essa infraestrutura deve fazer parte de um conjunto completo de infraestruturas de transporte, energia, mão-de-obra, urbanismo e estímulos financeiros que lhe deem sustentabilidade. A realização de ligações contínuas, constituindo uma rede reduzida aos eixos essenciais, favorece a concentração linear ao longo do eixo. Assegura-se também, aos empreendimentos implantados ao longo da aquavia, vantagens estratégicas, pois poderão estar em comunicação, através de uma rede integrada, com vários outros portos marítimos, zonas de provisionamento e mercados, reforçando sua competitividade. Essas características são muito importantes num país com as dimensões continentais do Brasil.

25.7 O EXEMPLO DAS HIDROVIAS EUROPEIAS CONSOLIDADAS A tradição hidroviária europeia remonta à Idade Média, tendo-se consolidado ao longo de séculos com importantes obras de Engenharia Hidroviária, compreendendo: obras de transposição de desnível, canais de partilha abrangendo aquedutos e túneis, travessias de pontes, sinalização náutica e infraestrutura de suprimento ao longo dos canais e nos portos fluviais. Nas Figuras 25.1 a 25.23 ilustram-se alguns desses aspectos em hidrovias do Reino Unido, da França, Bélgica, Alemanha, de Luxemburgo e Portugal, observando-se como o modal aquaviário nesses países insere-se integralmente na matriz de transporte comercial e para recreação e lazer, o que deveria ser um paradigma para as hidrovias brasileiras.

Figura 25.1

Travessia sob uma ponte antiga em arco em hidrovia do Reino Unido. Observa-se a calçada por onde no passado era usada a sirga animal para mover as embarcações. (Santiago, 2003)

750

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

Figura 25.2

(A), (B), (C) Eclusagens no Rio Moselle (França). Saída de automotor comL=110m,B=10m,T= 2 . 217 tpb.Esaembrcaçõesnavgm de 10a 12 nós.

,11,1114

liÁRLORECJIT

O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

7.

Figura 25.3 Eclusa com comporta plana levadiça em ljzer (Bélgica) para compatibilização de níveis d'água. (Santiago, 2003)

Figura 25.4 Eclusa de câmaras múltiplas de Fonserannes (França). (Santiago, 2003)

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

Figura 25.5 (A) Eclusa de hidrovia do Reino Unido com acionamento manual das portas de busco (por duas alavancas a jusante). (B) As válvulas de enchimento também são acionadas manualmente por catracas, constituindo-se de guilhotinas nas próprias portas. (C) Visualização das portas de busco de montante, observando-se vazamento na lateral. As portas são de estrutura mista de aço e madeira. (Santiago, 2003)

Figura 25.6 (A) Portas de busco de montante com 1 folha em eclusa de hidrovia no Reino Unido. (B)Portas de busco de 2 folhas em eclusa da Hidrovia Shropshire Union no Reino Unido. Observar as alavancas para movimentação das portas e as catracas para acionamento das válvulas. (C) Portas de busco de 2 folhas a jusante de eclusa da Hidrovia do Rio Trent ao Rio Mersey (Reino Unido). (D) Portas de busco de jusante em eclusa de hidrovia no Reino Unido. (E)Eclusas em paralelo no Canal do Rio Trent ao Rio Mersey (Reino Unido). (Santiago, 2003)

O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

7.)t3

Figura 25.7

(A) Porta plana baixadiça a montante da eclusa de Carrapatelo, no Rio Douro (Portugal): dimensões de 90 m de comprimento, 12,1 m de largura, 13 min de enchimento e 35 m de desnível máximo. (B)Portas de busco a jusante da eclusa de Grestuma, no Rio Douro (Portugal), com 13,9 m de desnível máximo e tempo de enchimento de 8,5 min.

EiNviLLE rim 190,7 00 LAGARoE PK 209,400 11.

Figura 25.8

Sistema de acionamento das portas de eclusa comandado remotamente. Canal do Rio Mame ao Reno (França). (Santiago, 2003)

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

Figura 25.9 (A), (B), (C) e (D) Plano inclinado de Arzviller (França) no Canal entre o Rio Mame e o Reno. Ascensor do tipo funicular transversal, vencendo com uma rampa de 1:4 um desnível de 45 m. A cuba pesa cerca de 900 toneladas e é equilibrada por contrapesos que se movem sobre trilhos. (Santiago, 2003)

Figura 25.10 Aqueduto de Pontcysylte no Canal Llangollen (Reino Unido) com 300 m de comprimento. (Santiago, 2003)

O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

()S Figura 25.11 (A) e (B) Aqueduto Edstone no Canal Stratford (Reino Unido) com 226 m de extensão e 9 m de altura sobre curso d'água, rodovia e linha férrea dupla. (Santiago, 2003)

Figura 25.12 Túnel Barnton no Canal entre o Rio Trent e o Rio Mersey (Reino Unido) com 515 m de extensão. (Santiago, 2003)

756

Figura 25.13 (A), (B), (C) e (D) Túneis no Canal do Rio Mame ao Reno (França): comprimento de 475 m e 2,306 m de largura. Observe-se a sinalização náutica luminosa e o limitador de calado aéreo. (Santiago, 2003)

Figura 25.14 Ponte basculante de acionamento manual em travessia no Canal Shropshire Union em Llangollen (Reino Unido). (Santiago, 2003)

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

7,5

Figura 25.15 (A), (B), (C) e (D) Pontes basculantes de acionamento hidráulico em travessias no Canal Nieuwpoort a Gent (Bélgica). Observa-se a sinalização luminosa. (Santiago, 2003)

Figura 25.16 Ponte giratória em travessia no Canal Nieuwpoort a Gent (Bélgica). (Santiago, 2003)

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

U.111LL3111111111.11 0111/11111111111.111111MIIIIMIIE1.1

111.

I ....-angEmpaiiituiptintrip tan uirnaggriturt~tniitualm

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Figura 25.17 (A), (B), (C), (D), e (E) Etapas sucessivas de içamento de ponte levadiça em Brugge (Bélgica). (Santiago, 2003)

759

O Exemplo das Hidrovias Européias Consolidadas

56 tucks 30 Mitos 23 Hours

LONDON 185 Locks

132 Aniles 85 Hours

DREAT HAYWOOD

voRK 115 Locks 226 Ilniles

99 Hours

5ti,Witcrrek

LIVERPOOL 1.¡Atoelcs

19911/Eles 99 Hours

Figura 25.18 (A), (B) e (C) Sinalizações em hi-

drovias do Reino Unido. (Santiago, 2003)

Figura 25.19

Plantações laterais de árvores no Canal Nieuwpoort a Gent (Bélgica), com o intuito de amortecer a ação do vento sobre a hidrovia. (Santiago, 2003)

Figura 25.20 Pontos de abastecimento ao longo

de hidrovia do Reino Unido. (Santiago, 2003)

O Papel da Aquavia na Economia Contemporânea

OUDE ABOIJHOEVE ROMEINS MUSEUM. ROMAANSE KERN WITTE MOLEN

dy

NIEUWPOORT

1810,4'

ElEICEIN 4.1 JABBEKE

Figura 25.21 Áreas de atracação e abastecimento em hidrovias inglesas (A) e belgas (B) e (C). (C) Sinalização de infraestrutura disponível em Oudenburg na Hidrovia Nieuwpoort a Gent (Bélgica). (Santiago, 2003)

Figura 25.22 (A), (B), (C) e (D) Marina de Schwebsange (Luxemburgo), observando-se a infraestrutura de abastecimento de combustível, água e energia elétrica. (Santiago, 2003)

767

A Consistência da Aquavia no Brasil

Figura 25.23

25.8 A CONSISTÊNCIA DA AQUAVIA NO BRASIL O Brasil possui mais de 8.500 km de linha costeira considerando os recortes litorâneos. Dezessete estados da Federação compõem esta linha de costa, contando com portos marítimos, estuarinos e lagunares, pelos quais se movimenta a quase totalidade do comércio exterior do país (navegação de longo curso), além da navegação de cabotagem entre os portos nacionais. Aos mais de 40 principais portos comerciais marítimos brasileiros agregam-se mais de 60 portos fluviais (terminais hidroviários), possuindo o país uma das maiores redes fluviais do mundo com cerca de 20.000 km em condições de navegação, sendo a malha navegável total estimada em 50.000 km. Assim, o Brasil está dotado atualmente de um conjunto de mais de uma centena de pólos aquaviários multimodais de transporte públicos e privados. Apesar de todas as vantagens do transporte aquaviário, em 1999 somente 6,30% do volume de cargas era transportado pela navegação de cabotagem e hidroviária no Brasil, enquanto o modal rodoviário era responsável por 63,72% e o ferroviário por 20,70%. Nos Estados Unidos e na União Europeia, o percentual do modal aquaviário era superior a 25%. Os portos marítimos dominam o comércio brasileiro: 95% das exportações brasileiras são por via marítima. Entretanto, existe um gargalo logístico, além do risco regulatório, no custo final dos produtos nacionais, que o tornam muito alto. Uma das razões para isso é que esses gargalos obrigam à manutenção de um alto nível de estoques. A falta de infraestrutura logística e o risco regulatório retiram a competitividade do produto brasileiro exatamente quando as exportações nacionais estão dando um salto. Esse gargalo está contendo o nosso potencial de vendas no exterior. Na cadeia do sistema logístico está envolvida a questão relativa ao aprimoramento da eficiência e segurança das operações aquaviárias de navegação. Por outro lado, no que tange ao risco regulatório, afloram as questões de avaliações de impacto ambiental. Na verdade, a questão deve ser tratada de forma integrada para que o processo de decisão na solução dos problemas seja eficaz.

Eutrofização em canal da Bacia do Rio Avon (Reino Unido) como ilustração de problemas ambientais a serem administrados nas operações hidroviárias. (Santiago, 2003)

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•

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