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Engenharia

Obras Portuárias

By 31 de janeiro de 2019 No Comments

1. Termos e definições

  • área de segregação: área para armazenamento adequado de cargas especiais e perigosas.
  • armador: aquele que “arma” o navio, ou seja, equipa e abastece todo o navio para que ele esteja em condições de navegabilidade.
  • bacia de espera / bacia de fundeio: áreas seguras, no meio aquático, para espera e ancoragem, enquanto as embarcações aguardam autorização ou condições adequadas para atracação junto ao porto.
  • bacia de evolução: área de manobra (curvas) quem une trechos do canal de acesso e este ao berço de atracação.
  • baía: porção de mar ou oceano rodeada por terra, em oposição a um cabo.
  • berço de atracação: área do cais em que as embarcações são acostadas com segurança (defensas e dispositivos de amarração) para desembarque e descarga (equipamentos de descarregamento).
  • boca (de navio): largura de uma determinada secção transversal de uma embarcação, medida de um bordo ao outro. Se não houver referência a uma secção específica, o termo se refere à boca máxima.
  • cabotagem: navegação realizada no interior de um país, podendo ocorrer envolvendo quaisquer tipos de obras portuárias (marítimas, fluviais ou lacustres).
  • cais: estrutura junto ao berço de atracação, para desembarque e descarga.
  • calado (de navio): profundidade a que se encontra o ponto mais baixo da quilha de uma embarcação em relação à linha d’água.
  • canal de acesso: área de manobra junto ao porto para acesso pela via aquática.
  • contêiner (container): caixa de metal (aço ou alumínio) contendo portas e travas para seu fechamento de modo a proteger a carga em seu interior.
  • defensa: estrutura fixa ao cais utilizadas para absorver o impacto do navio.
  • doca: construção situada no porto e destinada a armazenamento de mercadorias desembarcadas e a embarcar.
  • enseada: reentrância aberta da costa em direção ao mar, limitada por duas porções de terra mais elevadas.
  • espigão: estrutura enraizada no continente para atenuar efeitos de correntes; não evita erosões transversais de contorno (“rip currents”) e não é indicada para locais de fraco transporte de sedimentos ou direções variáveis de transporte.
  • estuário: ambiente aquático de transição entre um rio e o mar.
  • molhe: estrutura (semiaberta) de proteção para mitigar efeitos de ondas; a única diferença para os quebra-mares é a de que os molhes são enraizados no continente.
  • navegação de longo curso: navegação entre países distintos.
  • palete (pallet): estrutura geralmente feita de madeira, plástico ou metal que serve de piso às mercadorias que serão empilhadas até certa altura máxima. São normalmente vazados de forma que permita a entrada de garfos de equipamentos de elevação e movimentação.
  • píer: parte destacada do cais, para atracação; existe quando a profundidade do cais é pequena.
  • pontal (de navio): maior altura do casco, considerando-se desde a parte inferior da quilha até o convés.
  • porte bruto (de navio): totalidade do peso variável que um navio é capaz de embarcar, que inclui, portanto, o porte útil (pesos da carga e dos passageiros) mais o somatório dos pesos do combustível, da água potável, da água das caldeiras, das águas sanitárias, dos alimentos, dos consumíveis, da tripulação e dos restantes materiais que seja necessário embarcar para a operação da embarcação.
  • porte útil (ou líquido): inclui apenas o porte que é pago, ou seja, apenas a soma do peso dos passageiros e da carga.
  • quebra-mar: estrutura (aberta) de proteção para mitigar efeitos de ondas; geralmente feito por enrocamento ou blocos de concreto com geometria específica.
  • quilha (de navio): peça da estrutura de uma embarcação, disposta longitudinalmente na parte mais inferior e à qual se prendem todas as grandes peças verticais da ossada que estruturam o casco.
  • retroporto: área em torno do porto destinada a instalações de empresas e/ou construção de armazéns que tenham vínculo com as operações portuárias.
  • squat: movimento composto por um afundamento lateral e um afundamento de popa, decorrente do efeito de ondas sobre o casco da embarcação.
  • tetrápode, quadrípode, dolo: estruturas de concreto, com geometria específica, artificialmente produzidos para substituir o enrocamento; têm menor peso específico e são mais eficientes que o enrocamento para fins de amortecimento de ondas e correntes. No entanto, são geralmente uma opção mais cara que o enrocamento, mas podem se compensar pelo custo alto de transporte do enrocamento.

 

2. Portos

a) Definição

Um porto é um complexo composto por vários terminais, equipamentos portuários, fundeadouro, canal de acesso, vias de acesso ferroviário, rodoviário e fluvial, etc.

Como principais fatores para definição da localização de obras portuárias, tem-se:

  • Econômicos (mercados, rotas e outros);
  • Políticos e desenvolvimentistas;
  • Segurança nacional; e
  • Técnicos:
    • logísticos (multimodais de transporte);
    • ambientais;
    • comportamento hidráulico;
    • costeiro e estuarino;
    • fluvial;
    • embarcações-tipo;
    • natureza da carga (granéis gasosos, líquidos, sólidos; carga geral; contêineres) ou transporte de passageiros;
    • etc.

b) Classificações principais

Há diversas formas de classificar um porto. A seguir, apresentam-se as principais para obras acostáveis e terminais portuários.

Quanto à sua localização, uma obra portuária pode ser:

  • marítima: banhada diretamente pelo mar;
  • fluvial: posicionada em um rio;
  • lacustre: realizada à margem de um lago.

Quanto às condições de abrigo, uma obra portuária pode se apresentar em:

  • áreas protegidas: seja de forma natural (com baías e enseadas) ou de forma artificial (com estruturas de defesa: quebra-mares, molhes, espigões, etc);
  • áreas em mar aberto: sujeitas à ação direta do ambiente marinho (ondas e ventos).

Quanto ao tipo de carga movimentada:

  • carga geral (ou carga individual): carga normalmente embalada ou individualizada (como uma máquina, por exemplo). Ocorre o embarque de cada volume de mercadoria de forma convencional em porões de navios, acomodada por empilhamento e/ou arrumação;
  • granéis sólidos: cargas sólidas sem embalagens (minerais e cereais);
  • granéis líquidos: cargas líquidas em embalagens (petróleo);
  • cargas unitilizadas: agrupamento de um ou mais volumes de carga geral, ou mesmo de carga à granel, em uma unidade adequada para este fim. Pode ser agrupado em qualquer tipo de unidade de carga existente: contêineres, pallets, big bags, etc.
  • cargas especiais: automóveis, componentes industriais de grande porte, etc.

Nos terminais de carga tipo roll-on/roll-off, as cargas não são colocadas em contêineres. O acesso das cargas aos navios é direto, através de rampas de ligação com o cais por onde as cargas deslizam para dentro e para fora da embarcação por seus próprios meios. Esse tipo de terminal é muito comum para transporte de veículos para exportação.

 

3. Embarcações

Os navios são os veículos para transporte em vias marítimas e costumam ser divididos em navios:

Já no transporte em hidrovias interiores, vias lacustres e fluviais, encontram-se as seguintes embarcações.

 

4. Estruturas de atracamento (acostáveis)

Cais e docas são estruturas construídas com o intuito de permitir a atracação, embarque e desembarque de cargas de navios.

De acordo com o tipo estrutural ou a natureza da estrutura, pode-se estabelecer uma diferenciação nítida dessas obras acostáveis: obras em estruturas contínuas ou em estruturas discretas.

As estruturas contínuas geram normalmente as denominadas soluções em cais de paramento aberto ou fechado. Os cais de paramento fechado possuem uma cortina frontal que assegura a contenção de terrapleno de retaguarda, ao passo que, nos cais de paramento aberto, esta cortina não existe ou está na retaguarda do cais e a zona abaixo da plataforma é taludada suavemente a partir do extremo interno da seção estrutural até atingir a linha de dragagem.

Já as estruturas discretas são subdivididas em elementos isolados, realizando funções específicas de acostagem, suporte de equipamentos e amarração de embarcações.

 

Pode-se, ainda, acrescentar outros tipos ou classificações de obras portuárias, como cais fixos, tratados nas imagens anteriores, e cais flutuantes. Estes se tornam necessários em regiões de grandes variações do nível da água na bacia de acostagem, fazendo com que a plataforma acompanhe essas variações.

Obras portuárias acostáveis envolvem alguns aspectos estruturais que as distinguem das demais. Em especial, devem ser enfatizados os elevados valores de carga horizontal, devido a impactos de navios e à tração nas amarras de fixação, e esforços concentrados devido à reação de apoio de equipamentos e guindastes. Acrescenta-se ainda consideráveis empuxos de terra e ação das ondas e das correntes marítimas.

Em razão disso, obras portuárias de modo geral são constituídas de estruturas maciças e fundações profundas, garantindo boa margem de segurança.

5. Estruturas de proteção

A localização mais interessante para abrigar obras portuárias são em áreas naturalmente protegidas, como baías, enseadas e estuários; pois assim não se fazem necessárias estruturas de proteção.

A maioria dos portos se encontram em regiões de estuário, pelas suas características adequadas à navegabilidade, formando portos naturais com mecanismos reguladores de cheias.

Quando a proteção natural não é possível, em terminais de mar aberto, um porto deve prever obras especiais de proteção, como molhes de enrocamento e diques refletores de ondas. É comum em ambos a presença de pistas ou vias de trânsito em seu coroamento.

Ainda, em locais de fortes correntes marítimas ou de maré, podem se fazer necessários diques e molhes de proteção contra correntes, que, via de regra, são constituídos por espigões de elementos rochosos ou artificiais.

Em resumo, quebra-mares, diques e molhes são estruturas lançadas no mar para proteção ou manutenção da linha de costa. Sua concepção é resultado de estudos da Engenharia Costeira.

a) Molhes

Os molhes provocam a ruptura das ondas e são construídos de enrocamentos taludados de pedras naturais ou elementos artificiais de concreto, como tetrápodes e dolos. Os taludes do enrocamento podem variar na ordem de 1V:1,5H a 1V:3H, conforme material empregado.

A cota de topo do molhe deve ser fixada de modo a evitar a passagem das ondas sobre a crista, seja pela altura da onda ou pela sua ascensão ao longo do talude (wave runup). Esses parâmetros de projeto podem ser obtidos através de elementos de Hidrodinâmica Marítima.

b) Diques

Os diques refletores de ondas são constituídos, em geral, por construções maciças de concreto simples ou armado (caixões), com fundações sobre enrocamentos. Esses diques são geralmente projetados de modo a criar um anteparo vertical, capaz de refletir ondas progressivas nele incidentes, compondo ondas estacionárias ou clapotis.

Na Hidrodinâmica, clapotis consiste em um padrão de onda estacionária causada, por exemplo, pela reflexão de um trem de ondas progressivas frente a um anteparo (parede) na água. A onda “clapótica” não viaja horizontalmente, mas possui um padrão fixo de nós. Essas ondas promovem erosão na base da parede e severos danos a estruturas portuárias.

6. Canal de acesso

Um canal de acesso é definido como qualquer trecho de hidrovia ligando os berços de atracação de um porto ao mar aberto. O canal normalmente termina, em sua extremidade interna, em uma área de giro ou atracação que possibilita que sejam efetuadas manobras de parar e girar o navio.

A abertura ou ampliação de um canal envolve riscos ao ambiente que cerca o porto. No lado marítimo, podem ser causados danos à fauna e à flora locais, devido às intervenções realizadas no seu habitat natural. No lado terrestre, poderão ocorrer impactos de ordem visual, sonoro e emissões de poeira ou fumaças, em razão das operações portuárias. Dessa forma. Torna-se necessária a avaliação de impacto ambiental (EIA).

Outro fator a ser considerado é a avaliação da segurança e navegabilidade para o tráfego dos navios que farão uso do porto e a análise dos riscos envolvidos. O risco envolve os possíveis danos à vida, ao meio ambiente marinho e as possíveis perdas comerciais que poderão advir no caso da ocorrência de um acidente. Da análise desses fatores, poderão ser avaliadas as vantagens do processo de ampliação de um canal de acesso.

No estabelecimento da profundidade de um canal, deve-se ter especial atenção para o fato de que em um navio, ao se deslocar, existe uma tendência de que o mesmo afunde, reduzindo a lâmina d’água sob sua quilha. Esse fenômeno é conhecido por efeito squat.

Esse fenômeno é extremamente importante para quem navega. Na medida em que a velocidade do navio vai aumentando, a popa vai afundando e ficando com maior calado. Em um canal de baixa profundidade, há navios que chegam a alcançar o fundo do canal. Portanto, é prudente que seja estabelecido um valor mínimo para a proporção entre a profundidade do canal e o calado do navio.

Já no estabelecimento da largura do canal, deve-se atentar na fase de projeto para vários fatores ambientais, como: efeitos de ventos pelo través, correntes marítimas e ondas. Além disso, levam-se em conta a precisão de dispositivos de auxílio à navegação embarcados nos navios, quanto mais precisos, menor é a largura necessária para o canal; e o tipo de carga transportada, pois cargas de natureza perigosa requerem ao canal margem adicional de largura para reduzir os riscos de encalhe e de impacto entre navios.

Ainda, pode ser prevista distância de passagem em canais de tráfego nos dois sentidos. A largura necessária para o cruzamento dependeria da boca do maior navio que se espera trafegar e da densidade de tráfego. A figura a seguir ilustra tal exemplo.

As operações e processos utilizados na manutenção e melhoria de condições de acesso aos portos podem ser divididas em:

  • correntes de varrer;
  • derrocamento;
  • salvamento e remoção de destroços de navios e edificações; e
  • dragagem.

As correntes de varrer são um processo em que se utilizam braços mortos de rios represados ou constroem reservatórios para gerar “correntes artificiais” que assegurem a profundidade demandada por navios de grande porte. Permite-se a entrada de água até se atingir a cota de preamar, e então fecham-se as comportas, as quais só voltam a abrir na baixamar.

Já o derrocamento consiste no quebramento de rochas submersas, o que pode ser realizado de três formas:

  • por colocação de cargas explosivas diretamente sobre a rocha, atingindo apenas as rochas salientes;
  • por utilização de quebradores de rocha ou corta-rochas, de funcionamento semelhante ao de um bate-estacas, prestando-se ao quebramento de rochas de dureza média, em particular quando estratificadas horizontalmente; e
  • por colocação de explosivos dentro de furos abertos com martelos manuseados por mergulhadores ou de bordo de pontões especiais (processo mais utilizado).

Além desses, as operações de salvamento e remoção de destroços de navios se sucedem quando ocorrem naufrágios em lugares onde a presença de casco de navios representa grande problema à navegação. Nesses casos, opta-se por desmanchar o casco ou colocá-lo de novo a flutuar.

A dragagem, por ser um assunto mais amplo, será discutido no tópico seguinte.

7. Dragagem

Designa-se dragagem a técnica de engenharia utilizada para remoção de materiais, solo, sedimentos e rochas do fundo de corpos de água, através de equipamentos denominados “dragas”. Estes equipamentos operam em sistemas adequados ao material a ser dragado e a sua forma de disposição.

Pode-se classificar a dragagem em função de seus objetivos principais, como:

  • dragagem de aprofundamento: para aumentar a profundidade, a largura ou ambos de canais e bacias no acesso aos portos;
  • dragagem de manutenção: para conservar as características geométricas, largura e profundidade, dos canais e bacias no acesso aos portos em níveis definidos no projeto de aprofundamento ou por determinação de autoridade portuária.
  • dragagem ambiental: para retirada de sedimentos contaminados, requerendo cuidados especiais como confinamento da área de dragagem, baixa velocidade de dragagem e proibição de transbordamento (overflow).

O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), através da Resolução Nº 344, estabelece diretrizes gerais e os procedimentos mínimos para a avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras.

O órgão estabelece que:

  • material dragado é o material retirado ou deslocado do leito dos corpos d’água decorrente da atividade de dragagem, desde que esse material não constitua bem mineral;
  • o local onde serão colocados os materiais resultantes das atividades de dragagem, onde possam permanecer por tempo indeterminado, em seu estado natural ou transformado em material adequado a essa permanência, deve ser escolhido de forma a não prejudicar a segurança da navegação, não causar danos ao meio ambiente ou a saúde humana;
    1. Dragas

As dragas atualmente fazem parte de atividades não mais com o único objetivo de aprofundar ou conservar os acessos aos portos, mas também realizam:

  • execução de fundações de obras marítimas;
  • obtenção de materiais para aterro;
  • construção de barragens de terra;
  • criação de novas praias ou alargamento das existentes;
  • obtenção de materiais de construção (areia, cascalho, argila, etc);
  • extração de minerais submersos; etc.

As dragas podem proceder a remoção dos materiais submersos por dois mecanismos, provocando o seu arrastamento por forte corrente de água ou por meios mecânicos. No primeiro caso, refere-se a dragas de sucção e, no segundo, designa-se pelo tipo da colher ou balde utilizado.

a) Dragas de sucção

As dragas de sucção são constituídas por bombas centrífugas, que aspiram materiais submersos misturados à água, e são classificadas em draga de sucção marítima e draga de sucção estacionária. Enquanto a primeira é um navio capaz de operar em lugares expostos, sendo provida de meios de propulsão e de porão para material dragado; a segunda não possui tal estrutura e é destinada a lugares abrigados, como no enchimento de batelões ou na propulsão dos materiais dragados através de tubulações (neste último caso, são chamadas de dragas de sucção e recalque).

Com o objetivo de melhorar o rendimento e de permitir a utilização de dragas de sucção estacionária em terrenos que não se desagreguem facilmente, recorre-se ao emprego de cabeças especiais nos tubos de aspiração. Essas cabeças, chamadas de desagregadoras, são munidas de jatos de água pressurizada ou de lâminas rotativas.

Os desagregadores, quando muito pesados, limitam a mobilidade das dragas e impedem-nas de trabalhar em águas agitadas, no entanto ampliam consideravelmente o rendimento e o campo de aplicação da máquina.

  • Dragas mecânicas (de colher ou balde)

As dragas que utilizam meios mecânicos podem dispor de numerosos baldes, em rosário (baldes presos em esteira), ou apenas de um único balde ou colher. Se a draga tiver um único balde, este será manobrado suspenso por cabos, que permitirão movimentá-lo e controlar sua abertura e fechamento. Ainda, se a draga dispuser de uma colher ligada a um braço, está será manobrada da mesma forma que colheres de escavadoras terrestres. A seguir, apresentam-se os principais tipos de dragas mecânicas.

As dragas de alcatruzes possuem, como elemento principal, uma série de baldes dispostos como “alcatruzes de uma nora”. Elas permitem não só a dragagem de lodos e areias, mas também a de argilas, mesmo compactadas, e até a dragagem de grandes seixos e rochas quebradas. Essas dragas podem ser apenas utilizadas em águas calmas, pois a agitação da água pode danificar a lança que suporta os baldes.

Figura 23: Draga de alcatruzes.

As dragas Priestman (Clamshell) são constituídas por duas ou mais mandíbulas trabalhando suspensas por cabos que servem também para comandar sua abertura e fechamento. O próprio peso do balde provoca seu enterramento, quando aberto, no material a dragar.

Só convém utilizar esse equipamento em dragagens de volume reduzido, por virtude de seu baixo rendimento. A principal vantagem das colheres tipo Priestman reside na sua grande adaptabilidade às mais diversas condições de trabalho. Como o balde não possui qualquer ligação rígida com a embarcação da qual é suspenso, não se espera que esse equipamento sofra avarias operando em águas agitadas.

 

As dragas Dipper são dragas de colher, escavadoras montadas sobre batelões. São empregadas, em particular, na remoção de fundos muito duros, onde não seja possível a utilização de dragas de baldes ou estas deem pouco rendimento. Só podem ser utilizadas em locais de águas muito calmas.

Muitas dessas dragas são munidas de duas estacas, uma em cada lado da colher, que se destinam a permitir que a draga avance rodando ora em torno de uma, ora da outra estaca. Em geral, junto à popa, a draga também é munida de uma terceira estaca mais esbelta.

8. Sistema de balizamento marítimo

No acesso ao porto, além do canal de acesso, têm-se as baías de evolução, áreas próximas aos portos onde os navios manobram para facilitar a atracação ou a desatracação. Dado isso, destaca-se a importância do balizamento marítimo em prol da segurança das operações portuárias.

A seguir, apresenta-se o Sistema de Balizamento Marítimo – Região B – da IALA.

a) Sinais laterais

O sentido convencional de balizamento é aquele que o navio, vindo de alto mar, segue quando se aproxima de um porto, baía, foz de rio, ou outras vias aquáticas.

A bordo de uma embarcação as cores das luzes de navegação dos bordos são verde para boreste (BE) e encarnada (vermelha) para bombordo (BB). No sistema IALA “B”, quem vai para o mar deixa os sinais encarnados por BB e os verdes por BE. Esta simples regra de coincidência de cores dos sinais de balizamento e das luzes da embarcação permite que o navegante manobre sua embarcação cumprindo as normas de balizamento.

De forma inversa, aquele que vem do mar deixa os sinais encarnados por BE e os verdes por BB.

  • Bombordo: Para serem deixadas por bombordo por quem entra nos portos.

  • Boreste: Para serem deixadas por boreste por quem entra nos portos.

  • Canal preferencial a boreste: Quando um canal se bifurcar e o canal preferencial for a boreste.

  • Canal preferencial a bombordo: Quando um canal se bifurcar e o canal preferencial for a bombordo.

b) Sinais cardinais

Podem ser usados para indicar águas mais profundas, ou o bordo safo para passar por um perigo, ou para chamar a atenção para a junção, bifurcação ou fim de um canal.

c) Perigos isolados

O sinal de perigo isolado é aquele construído sobre, ou fundeado junto ou sobre um perigo que tenha águas navegáveis em toda a sua volta.

d) Águas seguras

Indicam águas navegáveis em torno do sinal; incluem sinais de linha de centro e sinais de meio de canal. Tal sinal pode ser usado também como alternativa para um cardinal ou lateral indicar uma aproximação de terra.

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