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Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo - FEC Departamento de Recursos Hídricos - DRH
NOTA TÉCNICA 1
PROPOSTA DE PROJETO PILOTO PARA
MONITORAMENTO E CONTENÇÃO DA EROSÃO NA
PONTA DA PRAIA – SANTOS (SP)
Campinas
2017
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 3
2. HISTÓRICO DA ÁREA ................................................................................ 4
3. ANÁLISE DE ESTUDOS REALIZADOS NO LOCAL ................................. 9
4. SOLUÇÃO EMERGENCIAL PROPOSTA ................................................ 15
4.1. O plano ................................................................................................ 15
4.2. Projeto do Piloto .................................................................................. 16
4.3. Seções transversais do Piloto ............................................................. 23
4.4. Definição da abertura mínima dos poros dos geotubos (O90) ............. 25
4.5. Material a ser empregado ................................................................... 28
4.6. Análise de Estabilidade geotécnica ..................................................... 31
4.7. Prazo para implantação ...................................................................... 32
5. CONCLUSÃO ............................................................................................ 36
6. EQUIPE TÉCNICA .................................................................................... 38
7. REFERÊNCIA ........................................................................................... 39
1. INTRODUÇÃO
Este relatório contempla uma análise os estudos realizados
recentemente para diagnóstico e prognóstico da erosão da Ponta da Praia em
Santos (SP), bem como uma proposição de obra piloto para contenção da
erosão local e monitoramento contínuo tendo em vista os estudos para
intervenções definitivas.
2. HISTÓRICO DA ÁREA
O município de Santos está localizado no litoral sul do estado de São
Paulo, sendo sua décima maior cidade, a 72 quilômetros da capital paulista.
Possui 419.400 habitantes, segundo dados do Censo 2010 do IBGE.
Atualmente, o Porto de Santos é o maior da América Latina, com seus 13
quilômetros de extensão. A atividade portuária faz com que a cidade seja,
economicamente, a mais importante da Região Metropolitana da Baixada
Santista. Além disso, tem como atrativo seus sete quilômetros de praia, que se
estendem da Ponta da Praia ao Emissário Submarino. Na Figura 1 é
apresentada a localização da região de estudo.
Figura 1: Localização da região de estudo – Santos
Fonte: Gireli et al. (2017)
A dinâmica costeira de toda a Baia de Santos tem se modificado ao
longo dos últimos 40 anos, principalmente em função da ocupação
desordenada a linha de costa e as intervenções estruturais para melhoria e
proteção do patrimônio, as atividades de dragagem do Porto de Santos
incluindo o aprofundamento de alargamento do canal de acesso em 2010, além
das próprias modificações do clima de ondas local (ITALIANI,2014).
A região da Ponta da Praia encontra-se atualmente em condições
críticas de erosão visto a faixa de areia é praticamente inexistente e a
prefeitura de Santos tem feito intervenções emergenciais no local, tais como
alimentação artificial com areia retirada de dentro dos canais 2 e 3 e colocação
de pedras junto aos muros de praia para tentar proteger as estruturas
existentes. Tais medidas têm sido aplicadas sem estudos técnicos, sendo
ineficientes na contenção dos efeitos causados pela erosão costeira. Na Figura
2 são apresentadas imagens do local após uma ressaca em junho de 2016.
Figura 2: Imagens da região da Ponta da Praia após a ressaca ocorrida em junho de 2016
Fonte: Autor
Ao longo dos anos vários estudos e medições de campo foram feitos
para traçar um diagnóstico sobre as causas da erosão. Observa-se que as
grandes alterações do perfil das praias iniciaram após 1940, com a ocupação
da orla por prédios altos voltados para veraneio e a construção da avenida
Bartolomeu de Gusmão (localizada a beira-mar) juntamente com a primeira
mureta de praia. Na Figura 3 são apresentadas fotos históricas da região da
Ponta da Praia no início do século XX.
Figura 3: Imagens da região da Ponta da Praia no início do século XX
Sabe-se que a morfologia do perfil transversal de uma praia é alterada
ao longo das estações do ano, devido a mudanças climáticas e hidrodinâmicas
da região, até que atingir um perfil de equilíbrio (que pode ser de “bom
tempo”/verão ou de “mau tempo”/inverno). A medida transversal é dada
perpendicularmente à linha de costa, e as alterações morfológicas se dão na
zona onde ocorre o transporte significativo de sedimentos, ou seja, na zona
ativa de movimentação sedimentar. Assim, um perfil inicial de praia é
continuamente alterado por uma dada condição ondulatória, até atingir uma
nova configuração, na qual não há mais modificações em sua forma. Este perfil
resultante é definido como o de equilíbrio. Contudo, quando da análise de um
longo período de levantamentos de perfis praiais, verifica-se que além da
variação sazonal existe uma tendência persistente de recuo, pode-se
assegurar que o local estudado vivencia um processo de erosão costeira.
Conforme apresentado na Figura 3, a região da Ponta da Praia possuía,
em meados do século XX uma extensa faixa de areia, que foi sendo perdida ao
longo do tempo. Ainda assim, como pode ser visto na Figura 4, as observações
de campo mostram uma aceleração deste processo de erosão costeira desde
2010, que passou apresentar uma taxa de recuo superior a 6 metros por ano
nas seções mais afetadas.
Figura 4: Evolução da isóbata de 0,0m DHN entre o canal 6 e a Ponta da Praia – Santos
de 2009 – 2017 a partir de levantamentos topo-batimétricos
Fonte: Venancio et al. (2017)
Concomitantemente, observações de campo mostram que a nova
configuração topobatimetria do Canal de Acesso do Porto de Santos, localizado
muito próximo da região da Ponta da Praia, provocou uma mudança sensível
na direção de propagação das ondas, tendo em vista os efeitos causados pela
chegada das frentes de ondas em águas rasas.
Desde o recuo mais significativo do perfil praial, ocorrido a partir de
2010, nota-se que a direção das ondas que incidem naquele trecho da praia é
diferente da observada em anos anteriores. Neste ano, o canal do Porto de
Santos foi alargado e aprofundado de forma que, a refração sofrida pela frente
de ondas após difratar na Ponta do Guarujá se alterou. Esta mudança de rumo
da frente de ondas provocou uma reflexão das ondas incidentes junto das
estruturas rígidas instaladas para evitar que as ondas danifiquem a avenida e
obras adjacentes, tal como apresentada na Figura 5.
Figura 5: Incidência de ondas na região da Ponta da Praia
Fonte: Autor
Sendo assim, o sentido do transporte longitudinal costeiro resultante no
estirâncio e zona de surf interna passou a rumar da Ponta da Praia em direção
ao canal 6, fato comprovado pelo acúmulo de sedimentos a barlamar desta
obra (Figura 6).
Figura 6: Acúmulo de sedimentos a barlmar do canal 6, indicando sentido do transporte
costeiro
Onda incidente
Onda refletida
Onda refletida
Onda incidente
Canal 6
3. ANÁLISE DE ESTUDOS REALIZADOS NO LOCAL
A região da Ponta da Praia vem sendo monitorada a alguns anos por
várias entidades de pesquisa e a própria prefeitura, tendo por objetivo
identificar as causas e consequências da erosão costeira e proposições de
obras que atenuem este efeito de forma eficiente.
A grande dificuldade observada refere-se a dinâmica de ondas e
correntes nesta região, que é muito complexa devido à proximidade com a
embocadura do estuário santista, bem como a própria configuração dos
promontórios na Baía de Santos. Os fenômenos de refração, difração,
empolamento, reflexão e arrebentação de ondas estão fortemente ligados a
batimetria local, que por sua vez está em constante alteração pois após as
mudanças ocorridas, a região ainda não alcançou uma nova condição de
equilíbrio. Os modelos matemáticos mais utilizados para análise da
hidrodinâmica, associada aos modelos de propagação de ondas em águas
rasas são simplificados, de forma a não contemplarem os fenômenos de
difração e reflexão. Na Figura 7 pode ser observada uma saída do modelo
matemático MIKE21 SW indicando que a incidência de ondas na Ponta da
Praia seria ortogonal à linha de costa, o que não resultaria na reflexão
apresentada na Figura 5, tão pouco explicaria o acúmulo de sedimentos junto
ao canal 6, apresentado na Figura 6.
Figura 7: Direção de ondas refratadas obtidas no modelo matemático Mike 21 SW para
ondas incidentes na Baía de 180° NV
Fonte: Autor
Na Figura 8Figura 7 é apresentada uma saída do modelo SWAN,
extraído do relatório da FCTH (2017), no qual também se observam resultados
de direção de ondas divergentes às observações de campo.
Figura 8: Direção de ondas refratadas obtidas no modelo matemático SWAN
Fonte: FCTH (2017)
Com a direção de ataque de ondas diferentes, consequentemente altera-
se o sentido do transporte costeiro, indicando tendências de erosão e
assoreamento na zona de estirâncio totalmente divergentes as observações de
campo, tal como pode ser observado na Figura 9, obtida por FCTH (2017), com
base nas saídas de ondas obtidas em modelo e apresentadas na Figura 8.
Figura 9: Sentido do transporte de sedimentos na região do estirâncio (áreas 1) e a frente
do canal 6 (área 2) obtido modelo matemático
Fonte: FCTH (2017)
Caso este sentido de transporte de sedimentos observados na Figura 10
realmente ocorresse no protótipo, areia estaria sendo levada em direção a
embocadura e não haveria acúmulo no Canal 6, conforme se verifica em
campo a partir da Figura 6. Além disso, o modelo aponta um transporte de
sedimentos praticamente nulo a frente do canal 6, o que indicaria uma região
estável do perfil. No entanto, como pode ser observado na Figura 10, uma
comparação entre as superfícies de nível obtidas a partir de levantamentos
Canal 6Estimado
Área 2
Áreas 1
topo-batimétricos nos anos de 2013 e 2016 apontam para uma erosão
expressiva nesta área, especificamente entre os perfis STOS-21 e STOS-23,
com volume de 78.288 m3, e média de diferença entre profundidades de
0,515m.
Figura 10: Variação de profundidades entre as batimetrias de 2013 e 2016
Nas Figura 11 a Figura 13 são apresentados os perfis STOS-21, STOS-
22 e STOS-23, respectivamente, ressaltando a mudança de profundidades.
Figura 11: Comparação entre levantamentos batimétricos realizados entre 2006 a 2016
para o perfil topo-batimétrico STOS-21
Figura 12: Comparação entre levantamentos batimétricos realizados entre 2006 a 2016
para o perfil topo-batimétrico STOS-22
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00
UNICAMP 2016 IG 2013 CODESP 2006
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00
UNICAMP 2016 IG 2013 CODESP 2006
Figura 13: Comparação entre levantamentos batimétricos realizados entre 2006 a 2016
para o perfil topo-batimétrico STOS-23
Observa-se claramente que os modelos matemáticos utilizados não
reproduzem corretamente a direção que as ondas incidem sobre o perfil praial
e consequentemente comprometem os resultados e análises sobre o sentido
do transporte de sedimentos, produzindo respostas equivocadas quanto as
mudanças na região costeira, especialmente na Ponta da Praia. Sendo assim,
estudos para avaliar obras e/ou intervenções para solucionar o problema de
erosão no local com base apenas neste tipo de modelagem matemática não
são adequados, podendo até mesmo indicar obras que acentuarão o problema
ao invés de resolvê-lo.
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00
UNICAMP 2016 IG 2013 CODESP 2006
4. SOLUÇÃO EMERGENCIAL PROPOSTA
4.1. O plano
A análise de soluções definitivas, que melhorem a condição da região,
precisa ser feita com base em modelos mais adequados, baseados nas
equações não simplificadas de Boussinesq, no qual espera-se que as
complexas deformações de ondas em função de obstáculos, efeitos em águas
rasas e interação onda - corrente sejam melhor caracterizadas. Contudo,
modelos deste tipo apresentam como grande desvantagem o tempo
computacional necessário para obter respostas das simulações, visto que a
batimetria a ser inserida no modelo deve ser discretizada em nível submétrico.
Por outro lado, há urgência por intervenções mais eficientes no local,
visto que tanto o volume de areia que a prefeitura tem lançado na região para
conter a erosão se mostrou muito abaixo do necessário para compensar o
montante retirado pelo processo erosivo, quanto a proteção de enrocamento
dos muros de pedra foi subdimensionada, não protegendo adequadamente a
infraestrutura urbana enquanto acentuam o processo erosivo.
Neste sentido, a implantação e monitoramento de projetos-piloto a
serem executados na região costeira, visando a diminuição dos prejuízos
causados quando há invasão da água do mar junto à infraestrutura urbana
existente no local, tal como avenidas, farol, passarelas, além de casas e
comércios, constituem-se em uma alternativa viável a curto prazo. Estas obras
têm por objetivo também colaborar para ampliar o conhecimento sobre os
impactos nas áreas adjacentes e indicar intervenções definitivas para as
regiões mais afetadas e/ou de interesse.
Segundo Oh e Shin (2006), utilizar métodos tradicionais de proteção
costeira tem se mostrado uma opção cara e de difícil manutenção, dado a
escassez de rochas naturais. As clássicas estruturas de concreto estão sendo
substituídas por materiais mais baratos como geossintéticos, estruturas de
gabião, entre outros. Os tubos flexíveis de geotêxtil têm sido aplicados para a
construção de diques e quebra-mares em vários projetos ao redor do mundo.
Algumas de suas maiores vantagens se constituem no fato de que podem ser
preenchidos com materiais encontrados in situ por meio de bombeamento
hidráulico, como material de dragagem, além de permitirem uma construção
mais rápida e barata que outras tecnologias (OH e SHIN, 2006). Sendo assim,
a solução piloto proposta para esta região consiste em um molhe parcialmente
submerso construído com geotubos preenchidos com areia da praia, de forma
a:
Reduzir o custo de implantação de uma solução definitiva, bem
como o risco desta solução ter baixa eficácia e / ou produzir
impactos indesejados em regiões adjacentes. Esta consideração
se torna especialmente relevante nesta região, em função dos
modelos matemáticos aplicados não terem se mostrado capazes
de reproduzir as condições locais.
Causar o mínimo impacto visual, visto que a área tem atrativo
turístico;
Permitir a execução da obra em um curto período de tempo, visto
que as dimensões são reduzidas e os métodos construtivos são
ágeis;
Permitir uma fácil desmobilização da obra e a inexistência de
impactos ambientais decorrentes de sua retirada, caso esta se
mostre ineficiente. A estrutura planejada, pode ser removida
apenas abrindo os geotubos e os deslocando, de forma a permitir
que a areia, que é proveniente da própria praia, saia dos
geotubos e sejam recapturadas pelo transporte costeiro, tal como
já acontece com a alimentação artificial da praia realizada pela
prefeitura.
4.2. Projeto do Piloto
O projeto da obra piloto foi definido de forma a conferir uma solução de
baixo custo de implantação e, por isso, de dimensões limitadas, mas que,
pudesse proporcionar um monitoramento adequado da resposta do meio à
obra em um prazo curto. Na Figura 14 é apresentada a planta como o
posicionamento da obra piloto. Na Figura 15 é possível observar um detalhe do
alinhamento da obra.
Figura 14: Posicionamento em planta da obra piloto
Figura 15: Detalhe da obra piloto junto a Ponta da Praia
A obra proposta se constitui de dois seguimentos lineares, sendo o
primeiro enraizado junto ao muro de praia e seguindo mar adentro por 275
metros, com rumo de 280,15° em relação ao norte verdadeiro até atingir a
isóbata de 3,5 metros¹ em relação ao Nível de Redução da Marinha na região -
NR. A Tabela 1 apresenta as coordenadas UTM de início e fim deste
seguimento da obra piloto que foi chamado de trecho transversal, ambos
referidos ao Datum Horizontal SIRGAS 2000.
¹ A profundidade pode diferir de alguns decímetros em relação ao valor informado em
função de modificações no perfil topo-batimétrico entre a data do levantamento e a data de
implantação da obra.
Tabela 1: Coordenadas UTM de referência para o seguimento transversal da obra piloto.
Ponto Coord. Leste (m) Coord. Norte (m)
Início 366.959,082 7.346.319,694
Fim 366.685,880 7.34.638,597
Cabe ressaltar que este trecho da obra possui duas funções a saber:
- Reduzir de maneira significativa a velocidade das correntes de maré
que se direcionam para a embocadura do estuário santista no trecho entre a
obra e a linha de costa, principalmente no ciclo de enchente, o que não só
impediria o acúmulo de sedimentos atrás da obra, como poderia induzir a
formação de uma cava na região;
- Servir de proteção e dar suporte ao acúmulo de sedimentos que se
espera que aconteça entre a obra proposta e a linha de costa atual;
- Permitir uma adequada circulação da corrente superficial, evitando
assim a deterioração da qualidade da água e consequentemente da condição
de balneabilidade no tardoz da obra.
Neste sentido, este trecho foi concebido como uma linha única de
geotubos que avançam mar adentro, tendo sua cota de coroamento variando
desde a cota +2,50 metros até a cota -1,60 metros, ambas referidas ao NR.
Por fim, em função dos riscos de vandalismo, foi sugerida a adoção de
uma camada de blocos de enrocamento protegendo os primeiros 75 metros da
obra. A Figura 16 traz um corte passando pelo eixo do trecho transversal,
mostrando a disposição dos geotubos, bem como da proteção de enrocamento
proposta.
Figura 16: Corte ao longo do eixo do trecho transversal do projeto piloto proposto
Na Figura 16, foram considerados geotubos de duas dimensões
distintas. Os primeiros 3, com 25 m de comprimento e perímetro de 9 m cada.
Este trecho corresponde àquele que receberá a proteção de enrocamento.
Na sequência, foram propostos mais 10 geotubos, com 20 m de
comprimento e perímetro de 12 m cada. No item correspondente às seções
transversais, estas geometrias estão detalhadas, adicionalmente, no item
referente aos materiais para a execução do piloto são dados maiores detalhes
dos requisitos de desempenho mínimo para os geotubos e demais
componentes do sistema,
O segundo seguimento linear aqui chamado de longitudinal foi definido
de forma a ficar paralelo à direção dos muros proteção existentes na ponta da
praia. Como isso espera-se que a refração das ondas que ocorrerá sobre a
proteção proposta faça com que o rumo das ondas passem a atingir os muros
com ângulo próximo à ortogonal, diminuindo o transporte longitudinal costeiro
resultante. Neste caso, a reflexão de ondas (Figura 5), que atualmente gera
uma resultante longitudinal de corrente costeira em direção do canal 6, deverá
ser praticamente eliminada.
Quanto a posição escolhida para locação da obra, optou-se por manter o
seguimento longitudinal da obra em uma região ainda estável do perfil praial,
ou seja, em que as declividades continuam baixas. Além disso, optou-se por
uma distância da linha de costa que permitisse observar uma acresção praial,
capaz de minimizar os efeitos das ressacas no local, sem, contudo, verificar um
avanço da praia sobre a obra piloto.
Neste sentido, o segmento longitudinal foi concebido com 240 m de
extensão e rumo de 347,53° em relação ao norte verdadeiro, praticamente
acompanhando a isóbata de 3,5 metros em relação ao NR. Na Tabela 2 são
apresentadas as coordenadas UTM de início e fim do seguimento longitudinal
da obra piloto, ambos referidos ao Datum Horizontal SIRGAS 2000.
Tabela 2: Coordenadas de referência UTM para o seguimento longitudinal da obra piloto.
Ponto Coord. Leste (m) Coord. Norte (m)
Início 366.685,880 7.346.368,597
Fim 366.634,042 7.346.602,980
Quanto à cota de coroamento, entende-se que a obra deveria manter-se
submersa a maior parte do tempo, minimizando assim o impacto visual
negativo, visto que se trata de uma região de atrativo turístico. Neste caso a
obra apenas afloraria em casos de eventos meteorológicos negativos
extremos. Optou-se, portanto, em definir a cota de coroamento deste
segmento da obra em -0,5 m em relação ao NR.
Esta definição está suportada pelos estudos de Oh & Shin (2016), que
executaram uma obra em geotubos na cidade de Young-Jin (Coréia), em
condições de nível d’agua similares.
Em seu trabalho, Oh & Shin (2016) estudaram várias condições
estabilidade hidráulica, capacidade de absorção de ondas em condições de
obra submersa utilizando equacionamento teórico, modelação física e
verificação de resultados em campo após a execução de uma obra de proteção
de costa utilizando geotubos. Apesar dos ensaios em modelo apontarem que a
melhor taxa de absorção de ondas ocorreria quanto mais próximo da linha
d’água a obra estivesse coroada, a solução implantada com sucesso em
Young-Jin (Coréia) foi instalada com cota de coroamento 1,0 m abaixo do nível
d’agua mínimo. Já a lâmina d’água máxima sobre a obra, em função da
amplitude das marés de sizígia local ser de aproximadamente 1,0 m, ficou em
cerca de 2,0 m.
Neste sentido, a obra piloto proposta para Santos terá, em relação à
maré astronômica, lâminas d’água acima da cota de coroamento do segmento
longitudinal variando entre 0,5 m e 2,0 m.
A Figura 17 traz um corte ao longo do eixo do segmento longitudinal do
a obra piloto proposta.
Figura 17: Corte ao longo do eixo do segmento longitudinal da obra piloto proposta
Este segmento foi projetado contendo duas camadas de geotubos, a
primeira, composta por duas linhas justapostas de geotubos de 20 m de
comprimento e 9 m de perímetro cada, totalizando 24 geotubos (12 por linha).
Já a camada superior foi projetada com uma única linha composta por
12 geotubos de 20 m de comprimento e 12 m de perímetro. Esta configuração
permite que a cota de coroamento da estrutura fique nivelada conforme os
critérios estabelecidos, mantendo a estabilidade dos geotubos e maximizando
a superfície de contato da obra com as ondas, desta forma, não se deve, em
hipótese alguma, reduzir os perímetros aqui definidos.
Quanto aos comprimentos adotados para os geotubos que compõem
ambos os segmentos da obra, estes foram definidos não só para garantir que o
peso próprio dos geotubos preenchidos fosse suficiente para mantê-los
estáveis frente a ação das ondas, mas também pensando na facilidade de
manuseio e disposição dos geotubos durante a instalação e no comprimento
total dos seguimentos propostos. Desta forma, caso na execução se deseje
alterar estes comprimentos, isto pode ser feito desde que seja respeitado um
mínimo de 15 m de extensão, o que garante que o peso próprio dos geotubos
seja suficiente para estabilidade deles frente à ação das ondas.
4.3. Seções transversais do Piloto
Para atender à geometria proposta no item anterior, bem como garantir a
estabilidade estrutural e geotécnica da obra piloto proposta, foram definidas as
seções transversais descritas a seguir.
As Figuras 18 e 19 detalham a seção transversal segmento longitudinal
da obra piloto proposta após a execução da primeira e da segunda camada
respectivamente. Já as Figuras 20 e 21 detalham a seção transversal do
segmento transversal da obra piloto proposta, nos trechos emerso e submerso
respectivamente. Por fim, na Tabela 3 são apresentados os detalhamentos de
cada um dos elementos indicados por letras nas Figuras 18 a 21.
Figura 18: Seção transversal da 1ª camada do segmento longitudinal da obra piloto
Figura 19: Seção transversal completa do segmento longitudinal da obra piloto
1.60
3.71 3.715.00 3.00
15.42
3.503.60
3.80
4.30
4.804.90
NRMLLW
MHLW
MHHWMLHW
MSL
1.90
A A
C
DD
3.71 3.71
5.10
3.00
1.54
1.431.8
3.50
5.00 3.00
15.42
3.603.80
4.30
4.804.90
NRMLLW
MHLW
MLHWMHHW
MSL
A A
B
C
DD
Figura 20: Seção transversal do segmento transversal da obra piloto em seu trecho
emerso
Figura 21: Seção transversal do segmento transversal da obra piloto em seu trecho
submerso
Tabela 3: Detalhes dos elementos indicados nas seções transversais
Ident. Elemento Perímetro Comp. Área F. Forma Qde. Vol.
A Geotubo tecido 9 m 20 m 5,0 m² 0,460 24 2400 m³
B Geotubo tecido 12 m 20 m 7,8 m² 0,374 12 1872 m³
C Tapete anti-
socavação
15,42 m
12 m
12 m
20
25
20
-
-
-
-
-
-
12
3
10
-
-
-
D Mini-bag tecido
0,7m
2, m
2,2 m
20
25
0,39m²
0,39m²
~1
~1
44
6
339 m³
58 m³
E Geotubo tecido 9 m 25 m 5,0 m² 0,460 3 325 m³
F Geotubo tecido 12 m 20 8,2 m² 0,411 10 1640 m³
G Proteção não tecido 8 m 66 m - - 1 -
Volume Total 6684 m³
12.00
VAR.
VAR.VAR.
VAR.VAR.
VAR.
NRMLLW
MHLW
MLHWMHHW
MSL
D D
E
1.60
3.714.145 4.145
G
1.00 1.00(MIN.)(MIN.)
2
1
2
1
0.90
1.87
C
5.00
1.90
3.00
12.00
VAR.VAR.
VAR.
VAR.
VAR.VAR.
NRMLLW
MHLW
MLHWMHHW
MSL
F
D D
4.00
C
O dimensionamento dos blocos que farão a proteção de enrocamento no
trecho de 75m do segmento transversal à costa foi elaborado levando-se em
consideração as recomendações do U. S. ARMY/COASTAL ENGINEERING
RESEARCH CENTER (2002). Para tanto considera-se a Equação 1 para
cálculo do peso médio dos blocos.
𝑃 =𝐻3.𝛾𝑠
𝐾𝑑.(𝛾𝑠𝛾𝑎
−1)3
.𝑐𝑜𝑡𝑔𝜃 (1)
P: peso de cada bloco (kgf)
s: peso específico do bloco (kgf/m3) = 2,65 tf/m3 (considerado usual)
H: altura da onda incidente de projeto (m)
𝛾𝑠
𝛾𝑎: peso específico relativo
a: peso específico da água = 1,025 tf/m3
ângulo do talude em relação à horizontal em graus
adotado: cotg = 2,0
Kd: coeficiente de estabilidade (tabelado) =2,3
Foi considerada uma onda máxima no local de 2,0m de altura, visto que
este deve ser o maior valor de nível sobre a estrutura e que qualquer onda
superior a este valor arrebentaria ainda sobre o perfil praial, reduzindo sua
enegia antes de atingir a estrutura. Sendo assim o valor obtido do peso médio
dos blocos resultou 1,16 tf. Considerando que os blocos serão colocados
apenas para proteção dos geotubos contra vandalismo, considera-se suficiente
apenas uma camada de blocos devidamente encaixados e com diâmetro médio
(d50) de 0,76m, correspondendo a 50% ou mais dos blocos da amostra. A
variação do peso dos blocos deve corresponder de 70% a 125% do peso
médio, ou seja, de 0,81 tf a 1,45 tf, e respectivamente, 0,67m a 0,82m de
diâmetro.
4.4. Definição da abertura mínima dos poros dos geotubos (O90)
Os cálculos apresentados neste item foram baseados na curva
granulométrica dos sedimentos coletados no pós-praia próximo ao canal 2 de
Santos e no método descrito em BEZUIJEN & VASTENBURG (2013)
A Equação (2) apresenta a definição do Coeficiente de Uniformidade do
material de preenchimento válido para areias.
Cu = D60/D10 (2)
Cu = Coeficiente granulométrico de uniformidade do material de
preenchimento válido para areias (D > 60 μm) [−]
D60 = Tamanho da peneira (abertura) passa 60 % do material da
amostra [mm]
D10 = Tamanho da peneira (abertura) passa 10 % do material da
amostra [mm]
Já as Equações ((3) e (4) apresentam respectivamente o critério de
retenção de areias pelo geotêxtil em função da solicitação dinâmica do fluxo de
correntes hidráulicas e da ação hidráulica de ondas.
𝑂90 < 5 ∙ 𝐷10 ∙ 𝐶𝑢1/2 e 𝑂90 < 2 ∙ 𝐷90 ((3)
O90 = Abertura aparente de poros do material geotextil constituinte do
tubo [mm]
D90 = Tamanho da peneira (abertura) passa 90 % do material da
amostra [mm]
𝑂90 < 1,5 ∙ 𝐷10 ∙ 𝐶𝑢1/2 e 𝑂90 < 𝐷90 (4)
A Figura 22 apresenta a análise granulométrica da amostra de
sedimentos coletado na região do pós praia junto ao canal 2 de Santos durante
a campanha de levantamento de campo realizada em 2014. Já na Tabela 4 são
apresentadas as relações entre as aberturas da peneira correspondente aos
percentuais de material passante empregados nas equações (2) a (4).
Figura 22: Análise Granulométrica do sedimento coletado no pós praia junto ao canal 2
de Santos
Tabela 4: Percentual de material passante x Abertura da peneira
DX Abertura (mm)
D10 0,081
D50 0,114
D60 0,123
D90 0,148
Com base nos dados da Tabela 4, a partir da Equação (2) tem-se:
Cu = D60/D10
Cu = 0,123/0,081
Cu = 1,52
Já empregando as Equações (3) e (4) obtêm-se os seguintes limites
para a abertura aparente do geotêxtil sob a ação de correntes e ondas:
- Ação de correntes:
𝑂90 < 5 ∙ 𝐷10 ∙ 𝐶𝑢1/2 e 𝑂90 < 2 ∙ 𝐷90
O90 < 0,499 e O90 < 0,29
- Ação de ondas
O90 < 1,5 ∙ D10 ∙ Cu1/2 e O90 < D90
O90 < 0,150 e O90 < 0,148
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10
Mat
eri
al p
assa
nte
(%
)
Abertura da Peneira (mm)
Com base nos cálculos apresentados, o geotêxtil a ser empregado na
confecção dos geotubos deve possuir uma abertura de poros máxima de 0,148
mm, para cumprir com os critérios de retenção descritos anteriormente,
impedindo que se desenvolvam processos erosivos de material particulado,
frente a ação dinâmica das ondas que incidirão sobre as estruturas.
4.5. Material a ser empregado
Geotubos: Forma têxtil tubular para aplicações hidráulicas
confeccionada a partir de um geocomposto de poliéster de alta tenacidade, alta
capacidade filtrante e proteção UV com as características apresentadas na
Tabela 5.
Tabela 5: Características do material de confecção dos geotubos
Características gerais
Matéria Prima do Geocomposto
-Geotêxtil Tecido Poliéster
-Geotêxtil Não Tecido Poliéster
Resistência à tração nominal mínima do tecido
-Direção longitudinal 100 kN/m*
-Direção transversal 100 kN/m*
Deformação na resistência nominal
-Direção longitudinal ≤ 12,0 %
-Direção transversal ≤ 12,0 %
Gramatura 650 g/m2
Permeabilidade do tecido à água ≥ 10 l/m²/s
Abertura dos poros - O90 ≤ 148 µm
* A resistência mínima a tração foi calculada a partir do software GeocOps 3.0, considerando à
solicitação do elemento mais solicitado a aplicação de um fator de segurança de 4,95 em
função dos efeitos não considerados no cálculo, que são a variação da maré e a ação direta de
ondas.
O Emprego de geotêxtil tecido tubular confeccionados a partir de outros
compostos poliméricos podem até ser empregados desde que atendam a todos
os requisitos de desempenho aqui listados. Entretanto, o geocomposto é
preferível pois a presença do não tecido na face externa da obra colabora
sobremaneira no aumento da vida útil da obra, uma vez que protege o tecido
da abrasão provocada pelo movimento da areia pela ação das ondas, além de
dificultar que elementos como madeiras com ou sem pregos e outros
elementos cortantes ou perfurantes rompam o tecido dos geotubos. Por fim, a
escolha do poliéster tem relação com a estabilidade geométrica da obra, pois
este material possui menor deformabilidade e fluência do que outros polímeros
como, por exemplo, o polipropileno.
Os geotubos devem ser confeccionados com no mínimo dois bocais
para enchimento, cada um próximo de uma das extremidades e um par de
alças laterais para facilitar o manuseio e o posicionamento do elemento junto a
cada extremidade e a cada 5 m de comprimento ou fração. Neste sentido, os
geotubos de 20 e 25 m de comprimento devem possuir 5 e 6 pares de alças
respectivamente.
Adicionalmente, os geotubos deverão ser confeccionados em um
ambiente industrial controlado. A área de manipulação do tecido deverá ser
isenta de objetos cortantes ou que causem atrito e degradação prematura da
matéria prima e sua confecção deverá ser realizada através de costura
industrial, não sendo permitida a realização de costuras in loco.
Tapete anti-socavação ou anti-erosivo: Este elemento é de extrema
importância para a estabilidade geotécnica e hidráulica da estrutura proposta
uma vez que contribui para a distribuição da sobrecarga decorrente da
instalação da estrutura sobre o solo local e possui a capacidade de se deformar
e proteger o pé da estrutura na ocorrência de socavação pela ação
hidrodinâmica. Por fim, no lado mais abrigado da obra, ele contribui para
aumentar ainda mais a estabilidade da obra na medida em que a sedimentação
vai acontecendo sobre ele. Na Tabela 6 são apresentadas as características
do material de confecção dos Tapetes anti-socavação.
Tabela 6: Características do material de confecção do Tapete anti-socavação
Características gerais
Matéria Prima do Geocomposto
-Geotêxtil Tecido Poliéster
-Geotêxtil Não Tecido Poliéster
Resistência à tração nominal mínima do tecido
-Direção longitudinal 300 kN/m
-Direção transversal 50 kN/m
Deformação na resistência nominal
-Direção longitudinal ≤ 10,0 %
-Direção transversal ≤ 8,0 %
Gramatura 1.084 g/m2
Bolsa lateral Ф0,7m – Geotêxtil Tecido de PET ou PVA com bocais distantes entre si não
superior a 12,5m.
Os tapetes deverão ser fornecidos completos, ou seja, totalmente
vinculados com as bolsas laterais fixadas.
Os painéis deverão ser confeccionados em um ambiente industrial
controlado. A área de manipulação do tecido deverá ser isenta de objetos
cortantes ou que causem atrito e degradação prematura da matéria prima.
Os Tapetes deverão ser fornecidos com elementos para suporte à
instalação:
Bocais de entrada para mangotes nas bolsas laterais com distancias
máximas de 12,5m.
Laços e cintas para ancoragem
A vinculação entre tecidos e tecidos e bolsas laterais que compõe um
tapete anti-socavação deverá ser confeccionada através de costura industrial.
Proteção mecânica dos tubos próximos à praia: Deverá ser utilizado,
conforme indicado em desenho, sobre os 03 primeiros módulos de geotubos no
trecho transversal, uma proteção mecânica adicional de geotêxtil não tecido de
no mínimo 500g/m² para proteção dos geotubos contra possíveis rupturas no
lançamento dos blocos de enrocamento de proteção.
4.6. Análise de Estabilidade geotécnica
A análise da estabilidade geotécnica da obra foi avaliada com base no
software Slide e na sondagem SP -01 apresentado em FUNDESPA (2015). O
Ponto de Sondagem à Percussão utilizado é o mais próximo do local de
implantação da obra que se obteve, estando localizado em frente ao píer dos
pescadores conforme apresentado na Figura 23.
Figura 23: Localização do Ponto de Sondagem à Percussão SP- 01
Fonte: FUNDESPA (2015)
Já na Figura 24 é apresentado um resumo dos resultados do cálculo de
estabilidade geotécnica aplicado à seção de maior solicitação, localizada no
trecho longitudinal da obra piloto proposta.
Figura 24: Saída do software Slide – Estabilidade geotécnica
2.482.48
W
2.482.48
Material Name ColorUnit Weight
(kN/m3)Strength Type
Cohesion
(kPa)
Phi
(deg)
Cohesion
Change
(kPa/m)
Preenchimento 22 Mohr-Coulomb 0 26
Aterro arenoso 17 Mohr-Coulomb 0 20
Areia 20 Mohr-Coulomb 0 26
SFL 14.5 Undrained 25 2.4
Support Name Color Force Application AnchorageTensile Strength
(kN/m)
Tapete Passive (Method B) Both Ends 131
3.48
1.80
2.75
2.98
42
0-2
-4-6
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Na tabela posicionada no canto superior esquerdo da Figura 24 está
inserida a resistência de projeto do material de reforço. Conforme já
especificado o tapete de anti-socavação foi definido de forma a contribuir na
estabilidade global da estrutura, para tanto, deve possuir resistência nominal de
300 kN/m.
Já a tabela posicionada à direita, mais abaixo apresenta as propriedades
do solo de apoio, bem como do material de preenchimento da estrutura. Aqui
foi considerado o considerando o modelo Mor-Coulomb para os solos arenosos
e material de preenchimento e condições não drenadas para o solo mole.
Ressalta-se que este modelo é uma simulação numérica da situação
estática da estrutura no pior caso, maior sobrecarga. Usualmente o Fator de
Segurança - FS adotado em aterros sobre solos moles é da ordem de 1.5,
entretanto, em função da não inclusão dos efeitos dinâmicos de ondas e
correntes no cálculo, considerou-se um incremento de 50% no FS mínimo de
2,3. Note-se que o cálculo resultou em um FS global de 2,48, sendo, portanto
superior ao limite mínimo considerado.
4.7. Prazo para implantação
As ressacas são fenômenos costeiros destrutivos que são originados por
forçantes atmosféricas em larga escala. Uma ressaca pode ser caracterizada
como a elevação do nível do mar (maré meteorológica positiva) em conjunto
com a ação das ondas. Os principais sistemas atmosféricos geradores de
ressacas são os ciclones extratropicais, os quais são centros de baixa pressão
atmosférica em superfície com fortes ventos que giram no sentido horário no
Hemisfério Sul. O fenômeno de empilhamento de água na costa devido a tais
ventos é explicado por Pugh (1987), que descreve que o nível do mar
observado consiste da maré astronômica somado à maré meteorológica. Na
costa brasileira, ventos oriundos do quadrante sul geram eventos de maré
meteorológica positiva, enquanto ventos vindos de nordeste geram maré
meteorológica negativa. Além da alteração do nível do mar, os ventos que
sopram sobre o oceano geram ondas na superfície do mar, em um processo
explicado por Young (1999). O somatório das ondas junto com as marés
meteorológicas positivas oferece um grande risco às cidades costeiras,
representando eventos altamente energéticos e destrutivos. Machado et al.
(2010) declaram que “sistemas meteorológicos como ciclones extratropicais de
alta intensidade geram ondas de alta energia, que podem levar um perfil de
praia de um estágio máximo acrescido ao máximo erodido em poucas horas”.
Assim, eventos de ondas elevadas e maré meteorológica positiva estão ligados
à erosão da costeira, enquanto períodos de ondas pequenas e maré
meteorológica nula ou negativa associados à re-deposição dos sedimentos na
praia.
Os períodos típicos em que esses dois processos ocorrem depende da
estação do ano, seguindo um ciclo sazonal bem determinado – típico no sul e
sudeste do Brasil. Parente (1999), Pinho (2003) e Campos et al (2012)
descrevem esse ciclo sazonal associados a eventos extremos de ondas na
Bacia de Campos; enquanto Nascimento (2013) e Caetano & Campos (2017)
se focam na Bacia de Santos e Cidade de Santos, respectivamente. Campos &
Guedes Soares (2016) estudaram o sudeste do Brasil como um todo. Os
trabalhos citados concordam entre si e apontam o outono e inverno como as
estações com os mais frequentes e mais severos eventos extremos de onda.
Os meses de primavera e verão são os com menores ondas. Caetano &
Campos (2017) analisam 22 anos de observações de altura significativa de
onda na praia do José Menino, em Santos/SP. Apesar das observações visuais
não possuírem a mesma acurácia que instrumentos oceanográficos, conforme
discutido por Guedes Soares (1986), essa informação tem grande valor na
análise das variações e ciclos presentes na série temporal. A Tabela 1,
extraída de Caetano & Campos (2017), mostra a altura média das ondas na
praia do José Menino, em Santos, de 1995 a 2017, junto com a variância e
porcentagem de dias calmos (PDC). Os valores mostram o mês de Maio como
o de maiores ondas, corroborando os estudos anteriores que apontam o outono
como o período de maior severidade. Os três maiores eventos registrados em
Santos nesses 22 anos, por exemplo, ocorreram em 27/05/1995, 24/04/2006 e
11/06/2016; ou seja, entre Abril e Junho. Na Tabela 7, não somente a média no
outono é mais elevada, como também a variância dos dados, o que sugere
eventos mais extremos nesse período. A partir de Outubro, as ondas passam a
diminuir de tamanho com a proximidade do verão. A janela entre Novembro e
Fevereiro apresenta as maiores porcentagens de dias de mar completamente
calmo. Esse valor cai drasticamente de 30 para 18 a partir de Março.
Tabela 7: Média, Variância e Porcentagem de Dias Calmos (PDC) para cada mês. Extraído
de Caetano & Campos (2017).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Média (m) 0.40
0.40
0.49
0.60
0.66
0.57
0.54
0.56
0.55
0.48
0.45
0.42
Variância (𝑚2)
0.15
0.15
0.14
0.19
0.20
0.19
0.17
0.19
0.18
0.13
0.15
0.15
PDC (%) 33 30 18 13 11 18 18 16 16 16 22 28
Quanto à maré meteorológica, Melo (2017) fez recentemente um estudo
completo e criterioso no sudeste brasileiro. Em conjunto com Camargo & Harari
(1994) e Campos et al. (2010), os autores apontam novamente o outono e
inverno como estações associadas a eventos de maré meteorológica positiva
(sobre-elevação do nível do mar além da maré astronômica). Machado et al.
(2010) destaca que “a estação do outono também possui o padrão de
intensidade do inverno, porém, destaca-se mais em maior frequência de
ocorrência de ventos com direção sudoeste”. Ou seja, os mesmos ventos de
sudoeste que geram ondas extremas também empilham água na costa sul e
sudeste d o Brasil. Alguns desses eventos geraram erosão de 62,96 m³/m e
1,83 metros de elevação do nível do mar no sul do Brasil (Machado et al.,
2010). Utilizando 40 anos de medições do nível do mar em Santos, Campos et
al. (2010) fez uma análise completa dos eventos de maré meteorológica e as
suas variações sazonais. A Tabela 8, obtida de Campos et al. (2010), mostra o
número total de eventos de maré meteorológica positiva acima de dois desvios-
padrão. Nela, é possível observar o outono e inverno como os períodos de
maior ocorrência de maré meteorológicas positivas.
Tabela 8: Número de eventos de maré meteorológica positiva entre 1951 e 1990 por
estação do ano. Extraído de Campos et al. (2010).
Maré meteorológica Primavera Verão Outono Inverno
Eventos acima de +38 cm 69 64 197 147
Analisando em conjunto os eventos extremos de ondas e marés
meteorológicas é possível estimar com certa precisão os meses associados à
erosão, de Abril a Setembro, e àqueles associados a re-deposição de
sedimentos, de Outubro a Março. Além disso, é possível destacar os meses
com maior risco de ressaca, relacionados ao período de Abril a Agosto.
Consequentemente, pensando no planejamento e início de uma obra
costeira em Santos, onde é necessário assegurar a deposição de sedimentos e
baixo risco de ressaca, sugere-se o intervalo entre Outubro e Dezembro.
Estabelecendo o limite máximo em 31 de Dezembro é possível assegurar, com
certa confiança, dois meses de mar calmo e baixo risco de ressaca onde se
espera que os sedimentos voltem a se depositar junto à praia.
5. CONCLUSÃO
A dinâmica das praias na Baía de Santos sofreu grandes alterações nos
últimos 50 anos, consequência de várias intervenções humanas aliadas
ocupação desordenada da linha de costa. A Ponta da Praia, por estar em
região próxima à embocadura do Estuário Santista, no qual localiza-se o Porto
de Santos, tem um histórico de retração da linha de costa acentuado, causando
muitos prejuízos à Prefeitura, principalmente nos grandes eventos de ressaca.
Diversos estudos realizados no local utilizando-se de modelagem matemática
apontaram para um comportamento das ondas e transporte de sedimentos
associado contrastantes aos efeitos observados em campo.
A adoção de obras piloto, de baixo impacto e custo constituem-se em
uma alternativa viável a curto prazo, sendo capaz de auxiliar tanto no
monitoramento do local quanto na diminuição dos prejuízos causados quando
há invasão da água do mar junto à infraestrutura urbana existente no local, tal
como avenidas, farol, passarelas, além de casas e comércios.
Espera-se que a implantação da obra piloto proposta, realizada no
período de bom tempo (novembro a dezembro) possa ser feita em um prazo
curto e tenha todo o verão para se acomodar, inclusive com deposição de areia
no tardoz da obra. Com o contínuo monitoramento dos perfis e batimetria local
espera-se visualizar uma acresção da praia, que por sua vez voltará a proteger
a orla contra os efeitos das ressacas de maneira natural. Esta acresção deve
ser mais rápida, quanto maior for o volume de sedimentos lançados pela
prefeitura no trecho após a instalação da obra, volume este que ao invés de ser
carreado pelo transporte costeiro para fora do volume de controle, passará a
ser, em sua maior parte, trapeado pela estrutura proposta.
O projeto piloto confeccionado com geotubos submersos constitui-se em
uma solução econômica e ambientalmente interessante em comparação a
soluções convencionais. No caso específico da ponta da praia de Santos,
permitirá, a partir de seu monitoramento, preencher as lacunas de
conhecimento em relação ao comportamento dos agentes hidrodinâmicos que
vem provocando o intenso processo erosivo que tem sido verificado na região.
Desta forma, caso a resposta do ambiente a introdução do projeto piloto
proposto não seja favorável, a remoção da estrutura terá custo mínimo e não
causará qualquer impacto à região, uma vez que o material de enchimento dos
geotubos apenas retornaria para o sistema costeiro. Ainda assim, os resultados
obtidos desta análise permitiriam propor novas intervenções, com maior chance
de solucionar os problemas verificados na região.
Por outro lado, caso o ambiente responda conforme esperado, o piloto
aqui proposto poderá se configurar como uma solução definitiva para o trecho
em que foi instalado, podendo ser replicado para os quase três quilômetros
compreendidos entre a ponta da praia e o canal 4, sessando de maneira
definitiva o recuo que a linha de costa vem sofrendo na região e,
consequentemente, protegendo a orla e todos os equipamentos urbanos nela
instalados da ação das ressacas, sem que para isso, o santista tenha que se
conformar com uma mudança significativa na vista da baía, na característica da
arrebentação das ondas, ou nas condições de balneabilidade das praias de
Santos.
6. EQUIPE TÉCNICA
Prof. Dr. Tiago Zenker Gireli Executor do Convênio – UNICAMP - PMS
Prof Dr. Patrícia Dalsoglio
Garcia
Vice- Executora do Convênio – UNICAMP
- PMS
Dr. Ricardo Martins Campos AtmosMarine (Elaboração do item 4.7)
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