Engenharia Marítima: Implantação, Estruturas e Dragagem

Implantação de Projetos de Construção Marítima e Sistemas de Posicionamento

A Implantação de um Projeto de Construção Marítima envolve um conjunto de documentos que justificam, definem, medem e avaliam os trabalhos, permitindo que a obra seja construída por um técnico que não seja o autor do projeto. A Implantação é a ação de localizar o trabalho no exato local de sua execução. Para isso, são necessárias referências geométricas e a consideração da variabilidade do nível do mar.

Implantação: Bases Fixas e Referências

É fundamental o estabelecimento de bases fixas estáveis e sinais de agrimensura. As referências para o plano de implantação são:

• Coordenadas UTM: Divididas em 60 zonas, utilizando 6 graus.
• IGN (Instituto Geográfico Nacional): Possui uma rede de vértices geodésicos com coordenadas conhecidas.
• DGC (Direção Geral de Custos): Possui uma rede de passeios que geralmente define a delimitação do domínio público marítimo-terrestre.
• Paradas Náuticas de Referência: Pontos de coordenadas geográficas que, em geral, possuem conversão para coordenadas UTM.

Referências de Elevação (Datum Horizontal)

O DATUM Horizontal é o plano de referência de posição ao qual se referem as elevações. As principais referências utilizadas são:

1. IGN (Instituto Geográfico Nacional): Utiliza o Nível Médio do Mar em Alicante (NMMA) como fonte de altitudes.
2. IHM (Instituto Hidrográfico da Marinha): Utiliza o Zero Hidrográfico para o Anuário das Marés e a elaboração de cartas náuticas.
3. Referência Local Revisada: Utilizada por convenção internacional em grandes bases de dados de níveis do mar.
4. IEO (Instituto Espanhol de Oceanografia): Pode usar zeros próprios ou independentes para fazer referência aos níveis do mar mais elevados registados pelos seus indicadores.

Alterações no Nível do Mar

O Nível do Mar é a referência para a localização da altitude e posições geográficas, incluindo submarinas.

Variações do Nível do Mar

• Maré: Variação diária do nível do mar, produzida principalmente pelas forças gravitacionais exercidas pela Lua e pelo Sol.
• Marés Atmosféricas (Variações Barométricas): Causadas por variações de pressão nas camadas da atmosfera. A pressão atmosférica local mínima fará com que o nível do mar seja maior.
• Maré Astronômica: Quando a Lua e o Sol estão alinhados, as marés são mais altas (maré viva). Quando a Lua está em quadratura com o Sol, as marés são pequenas (maré morta).

Terminologia das Marés

• Preia-Mar (Maré Alta): Quando a água atinge o seu máximo dentro do ciclo de marés.
• Baixa-Mar (Maré Baixa): Quando o mar atinge a sua menor altura.
• Fluxo: O processo de ascensão lenta e constante das águas marinhas, devido ao aumento progressivo da atração lunar e solar.
• Refluxo: O processo de declínio lento e progressivo das águas marinhas, devido ao declínio da atração lunar e solar.
• Amplitude da Maré: A diferença de altura entre a maré alta e a maré baixa.
• Período da Maré: A diferença de tempo entre a maré alta e a maré baixa.
• Estofo da Maré: O momento em que o nível permanece fixo durante a maré alta ou na maré baixa.
• Estofo da Corrente: O momento em que a corrente associada à maré desaparece (velocidade zero).
• Estabelecimento do Porto: O intervalo de tempo, devido à inércia da hidrosfera, entre a passagem da Lua pelo meridiano do lugar e o aparecimento da maré alta seguinte.
• Maré de Quadratura (Maré Morta): Produzida durante as fases crescente e minguante, quando as posições da Terra, do Sol e da Lua formam um ângulo de 90º.

Medição do Nível do Mar

O Marégrafo Anderaa obtém a medida do nível do mar através da pressão hidrostática e da temperatura da água num ponto fixo submerso.

Sistemas de Sondagem

Os sistemas de sondagem são utilizados para medir a profundidade (abismo) do fundo do mar:

• Barra Graduada: O método mais simples. Uma régua é inserida verticalmente até o fundo do mar.
• Sonda: Corda ou cabo com lastro e marcas.
• Altímetro Acústico: Um sinal transmitido é refletido por uma interface com marcada diferença de densidade. O tempo de retorno do sinal refletido é um indicador da profundidade.
• Perfilador Remoto: Para controlar as coordenadas de um Veículo Operado Remotamente (ROV) no fundo do mar, que podem ser transmitidas a um navio.
• Sonar de Varredura Lateral (Sonar Boxe): Um recetor-transmissor de sonar rebocado pelo barco submerso transmite sinais de sonar diretamente para o fundo do mar, realizando um levantamento numa faixa (500m) para um dos lados do barco.

Fontes de Informação e Sistemas para o Clima Marítimo

• Hindcasting: O tratamento estatístico da história dos eventos (entradas) que são projetados para o futuro.
• Previsão (Forecasting): Previsão para a construção, apoiada pelo hindcasting, para a fase de construção.

Molhes de Enrocamento (Quebra-Mares)

Estruturas que fornecem abrigo, constituídas por diques artificiais ou naturais.

Partes de um Molhe de Enrocamento

• Núcleo (Core): Interior, a base do quebra-mar, que permite a sua execução.
• Filtro Intermediário ou Camadas: Várias camadas de enrocamento de tamanho crescente.
• Camada Principal (Manto Principal): A camada que resiste à ação das ondas.
• Manto Exterior Interior: Proteção dos taludes contra a agitação interior e galgamentos.
• Banqueta: Camada de suporte abaixo do manto principal.
• Recuo (Estrutura de Concreto): Utilizado para eliminar ou reduzir o galgamento.
• Laje de Coroamento: Pista de concreto que protege o núcleo.

Problema da Insuficiente Capacidade de Suporte do Solo de Apoio

Solução: A remoção das camadas de solo inadequadas através de dragagem, tratamentos de melhoramento do solo e fases de execução.

1. Fase 1: Dragagem do solo impróprio.
2. Fase 2: Enchimento parcial por meios marítimos.
3. Fase 3: Consolidação do aterro marítimo parcial.
4. Fase 4: Coroamento da barragem.

Construção: Comparação entre Meios Marítimos e Terrestres

O acabamento da construção pode ser misto (mar e terra).

Desvantagens do Meio Marítimo:

• Aumento da turbidez.
• Maior dispersão de material não compactado essencial.

Desvantagens do Meio Terrestre:

• Maior largura de coroamento.
• Grandes danos temporários.

Colocação do Núcleo e Enrocamento pelo Mar

• Tipos de Gánguiles (Batelões de Descarga): Dobradiça ou charneira, de despejo ou inclinação, comporta ou cone, empurrar ou elevação lateral.

Sequência de Colocação do Núcleo:

1. Colocação do núcleo.
2. Camadas de enrocamento (até 5m).
3. Proteção do talude e coroamento.
4. Mantimentos (reduzir danos ao núcleo, garantir a estabilidade dos taludes, otimizar a utilização do material).

Colocação do Núcleo e Enrocamento pela Terra

Sequência de Colocação:

1. Descarga do material do núcleo na área de avanço (caminhões).
2. Aterro frontal do material (trator ou carregadeira frontal).
3. Retificação da inclinação projetada do talude (retroescavadora).
4. Colocação em áreas fora do alcance (guindaste com caçamba ou gánguiles).
5. Verificação do núcleo.

Os processos de execução variam em função do clima marítimo (marés, ondas, etc.), da largura da plataforma (compatibilidade com a passagem de caminhões) e dos bancos no cais (início da construção de lajes e espigões, quando os restantes locais são elegíveis).

Diques Verticais

Estruturas que servem de abrigo, feitas de um quebra-mar que possui paredes verticais na estrutura.

Vantagens dos Diques Verticais em Relação aos de Encosta

1. Menos material de pedreira.
2. Velocidade de construção.
3. Bom comportamento no surf em todas as fases de construção.
4. Permitem atracar no interior.
5. São mais facilmente desmontados.

Desvantagens dos Diques Verticais

1. A quebra da onda introduz esforços substanciais.
2. Refletem a energia das ondas.
3. Transmitem cargas significativas para o solo.
4. Necessidade de janelas para a fixação e posterior enchimento dos caixotões.

Construção de Diques Verticais (Caixotões)

Processo:

1. Dragagem do solo natural para o melhoramento do solo de fundação.
2. Colocação da fundação (calçada), proporcionando uma superfície de rolamento uniforme.
3. Aterro da área final, se não houver quebra da mesa do caixotão (inadequada).
4. Fabrico e lançamento dos caixotões.
5. Transporte dos caixotões por cabo de reboque.
6. Posicionamento dos caixotões: Suporte na calçada. Sensível ao vento, ondas e correntes. Inundação controlada das células, mantendo o caixotão a flutuar.
7. Preenchimento das células e juntas.

Cais de Estacas-Prancha (Tela Springs)

Estruturas formadas por uma tela embutida no terreno natural, utilizando estacas-prancha e telas de concreto.

Cais de Estacas-Prancha

• Viável em terreno granular de fácil cravação.
• Não é viável em terrenos muito consolidados, com matacões ou em quebra-mares.
• Utiliza aterro e entulho.
• Construção por meios terrestres e marítimos.

Cravação de Estacas-Prancha

• Martelo de Ação Simples: Para grandes diretrizes.
• Martelo de Dupla Ação: Sob compressão.
• Martelos Vibradores: Esforços de pouca ou nenhuma compressão.
• Cravação por Pressão: Macaco hidráulico.

Sequência de Cravação:

Colocação das guias, fornecimento das estacas-prancha, sombretes ou bonequinhas, colocação de perfis para as âncoras.

Processo de Construção por Terra

1. Construção da mota e enchimento parcial da esplanada.
2. Cravação das telas.
3. Escavação e colocação do aparelho ortodôntico (tirantes).
4. Preenchimento da zona de ancoragem.
5. Dragagem frontal do enchimento.
6. Proteção do pé da tela do cais.
7. Construção da viga de coroamento.
8. Pavimentação e qualificação do cais.

Processo de Construção Marítima

1. Dragagem do terreno natural.
2. Cravação das estacas-prancha por meios flutuantes.
3. Preenchimento da superfície exterior da estacaria ao nível de ancoragem.
4. Colocação da âncora e enchimento da esplanada e coroamento.
5. Dragagem do solo antes da estacaria.
6. Proteção do pé da estaca com enrocamento.
7. Construção da superestrutura e coroamento do cais.

Cais de Concreto (Telas)

Solução pouco utilizada em cais de terra não consolidados.

Processo de Construção:

1. Dragagem do terreno natural e melhoramento do solo de fundação.
2. Construção da mota para as telas.
3. Construção das telas.
4. Colocação da esplanada de ancoragem.
5. Ancoragem da tela.
6. Dragagem do terreno natural na frente das telas.
7. Proteção do pé das telas com enrocamento.
8. Construção da superestrutura e qualificação.

Cais Auxiliares e Desembarques

Instalações auxiliares: carga de gánguiles e pontões, atracação de navios.

Cais de Gravidade

Estruturas que resistem pelo seu próprio peso, com paredes verticais. Funcionam como interface de encaixe entre o navio e a terra, permitindo a passagem de mercadorias.

Cais de Caixotões

Uma parede vertical formada por caixotões, apoiada em banqueta. Suporta a pressão do enchimento. O principal problema é a montagem e o capotamento.

Processo de Construção:

1. Dragagem da trincheira.
2. Descarga do enrocamento.
3. Corte de cascalho.
4. Fabrico e lançamento dos caixotões.
5. Transporte dos caixotões.
6. Posicionamento dos caixotões (por inundação controlada).
7. Preenchimento das células e juntas.
8. Melhoria da qualidade do aterro do tardoz.
9. Colocação do filtro.
10. Descida geral dos enchimentos de qualidade, evitando o contato do material da superfície exterior com uma manta geotêxtil.
11. Concretagem da superestrutura.
12. Colocação do enchimento selecionado e compactado.
13. Construção da calçada.
14. Construção do pavimento e qualificação do cais.
15. Colocação de defensas e pilaretes.

Cais de Blocos

Parede vertical formada por blocos paralelepípedos sólidos ou blocos especiais, apoiados na calçada. Suportam o empuxo do aterro.

Processo de Construção:

1. Dragagem.
2. Melhoramento do solo de fundação.
3. Construção da banqueta de fundação.
4. Aterro da superfície final da calçada.
5. Fabrico e acoplamento dos blocos.
6. Colocação dos blocos.
7. Preenchimento da superfície exterior.
8. Aterros gerais.
9. Superestrutura.
10. Pavimento.

Cais de Concreto Submerso

Estrutura de concreto em massa, concreto in situ, para cais rasos (inferiores a 10 ou 12m) e marinas. Adequado para ambientes não agressivos.

Processo de Construção:

1. Atividades iniciais.
2. Preparação do terreno de fundação.
3. Escudos (cofragem).
4. Lançamento do concreto.
5. Preenchimento da superfície exterior.
6. Aterros gerais.
7. Superestrutura.
8. Pavimento.

Cais de Estacas

Plataforma apoiada em estacas, propícia para solos de baixa capacidade de suporte ou muito deformáveis, zonas sísmicas, e para diminuir a reflexão de ondas em pontões de atracação e golfinhos.

A construção pode ser realizada a partir de uma plataforma terrestre ou por meios flutuantes.

Construção In Situ a Partir da Terra

1. Dragagem do terreno natural.
2. Melhoramento do solo de fundação.
3. Construção de uma mota suficientemente ampla para a cravação das estacas.
4. Escavação, construção e cravação das estacas do bosque.
5. Construção parcial da superestrutura.
6. Dragagem e enchimento restante do terreno natural.
7. Formação do talude sob a placa e proteção com enrocamento.
8. Constituição da esplanada.
9. Conclusão do cais e coroamento.

Sequência Construtiva In Situ Terrestre (Superestrutura)

1. Pontaria dos trabalhos de construção.
2. Cravação da entubação.
3. Escavação da estaca.
4. Colocação da gaiola de reforço.
5. Concretagem.
6. Extração da entubação.
7. Coroamento da estaca e construção da viga de bordo.
8. Dragagem e perfilagem do talude sob a placa.
9. Proteção do pé do talude com enrocamento.
10. Colocação dos pré-moldados da placa.
11. Concretagem da superestrutura.
12. Colocação do enchimento selecionado e compactado.

Construção Marítima In Situ

1. Dragagem do terreno natural.
2. Melhoramento do solo de fundação.
3. Construção das estacas com meios flutuantes.
4. Formação da esplanada.
5. Formação do talude sob o traço e proteção com enrocamento.
6. Conclusão do cais e coroamento.

Sequência Construtiva Marítima In Situ

1. Camisa de estaca para apoiar o reembolso de rocha e extração de materiais.
2. Escavação de rocha por perfuração e colher.
3. Colocação da camisa perdida.
4. Posicionamento do reforço da estaca.
5. Concretagem e recuperação do tubo camisa principal.
6. Execução da dragagem.
7. Caracterização e preenchimento do talude com enrocamento de proteção.
8. Execução dos capitéis.
9. Colocação das vigas dos capitéis.
10. Concretagem dos nós.
11. Colocação dos pré-moldados.
12. Concretagem do bordo.
13. Pavimentação e habilitação do cais.
14. Colocação de defensas, cabeços, trilhos e terminação.

Dragagem

Operação de mineração dos fundos marinhos do terreno.

Objetivos da Dragagem

• Ganhar profundidade.
• Obtenção de materiais para restaurações.
• Limpeza de solo inadequado.
• Remoção de contaminantes.

Restrições da Dragagem

• Locais: Condição do manto.
• Características do Terreno: Duro, argila, pedra solta e macia.
• Homogeneidade do Campo: Diferentes camadas e espessuras.
• Calados: Pequenas profundidades (até 5m), profundidade média (entre 5 e 25m), grandes profundidades (superiores a 25m).
• Geometria da Área Dragada: Determina o caminho e as manobras das dragas.
• Tempo e Volume: Volume de dragagem e tempo disponível.
• Disponibilidade de Equipamento: Difícil conseguir uma draga; altas taxas de ocupação.
• Distância do Aterro: Condições do equipamento de transporte.
• Procedimento de Derramamento: A partir do canto da garganta, pela tubulação.
• Clima Marítimo: Ondas, altura operacional limitada.
• Características do Local de Despejo (Gánguiles): Profundidade, restrições sazonais.
• Arqueológico: Vestígios arqueológicos marítimos.
• Tráfego e Tempo: Plano de tráfego.

Dragas Mecânicas

• Draga de Colher (Guindaste em Barcaça): Desempenho de 1500 m³/dia. Sensível às ondas.
• Draga de Arado (Retroescavadora em Pontão): Desempenho entre 2000 e 6000 m³/dia.
• Draga de Rosário ou Balde em Cadeia: Desempenho de 2500 m³/dia em rocha suave e 10000 m³/dia em solo frouxo. Sensível à ondulação.

Dragas de Sucção

Utilizam bombas centrífugas, dragando a mistura e retendo o material por sucção.

• Estacionária (Cutter Suction Dredger): Dragagem através da tubulação. Generalizada. Profundidades de até 30m. Rendimentos entre 500 e 100 mil m³/dia.
• Em Andamento (Trailing Suction Hopper Dredger): Barco motorizado, apoio do tubo de sucção auto-vazio. Muito sensível à ondulação. Pode encalhar. Utilizada para materiais macios.

Jateamento Submarino

Utilizado para rochas muito duras, áreas de difícil acesso e pequenos volumes. Pouco utilizado.

Obras de Proteção Costeira e Regeneração

A Faixa Litoral

Faixa costeira para o interior, com 5 quilômetros de largura. Representa 7% do território, mas concentra 35% da população total e 82% da população turística.

Localização da Costa

• 40% urbanizada/poder.
• 7% de instalações portuárias.
• 3% de instalações industriais.
• 8% para usos agrícolas.
• Uso público do domínio público marítimo-terrestre (praia e calçadão).

Lei de Costas e Domínio Público

A lei determina a proteção, excluindo portos de interesse geral e áreas autónomas.

Domínio Público Marítimo-Terrestre (DPMT)

Litoral onde o nível da água atingiu o maior número de pontos (marégrafos).

• Delimitação: Define a linha de prescrição.
• Servidão de Propriedade: Servidão de tráfego de 6m de largura.
• Zona de Proteção (Servidão): Área de servidão de 100m de largura.
• Área de Influência Mínima: 500m.

Zona de Proteção (100m)

• Usos Permitidos: Parques, centros esportivos instalados para utilização da costa.
• Usos Proibidos: Residências, estradas com mais de 500 veículos/dia, linhas aéreas de transporte de energia, publicidade, descargas não tratadas, fazendas áridas.

Área de Influência (500m)

Visa evitar telas de arquitetura e prevê reserva de terras para o recuo da linha da costa.

Regeneração Costeira

• Obras Flexíveis (Soft Play): Custos de regeneração.
• Obras Rígidas (Hard Work): A influência de um elemento no meio.

Melhoramento do Terreno

Substituição do Terreno

Remoção de terreno inadequado e reposição por outro adequado.

Pré-Carga (Preload)

Manter uma carga sobre o solo por um período de tempo para acelerar a consolidação. Recomendado para estabilizar assentamentos do solo.

Projeto de Pré-Carga

• Relatório geotécnico.
• Teste de estabilidade.
• Definição das fases da pré-carga.
• Definição da superfície de carregamento.

Realização da Pré-Carga

• Escolha do enchimento.
• Preparação do terreno.
• Retirada e depósito do material utilizado na pré-carga.
• Regularização da superfície.
• Controle da pré-carga.
• Grandes superfícies.