ÍNDICE 1.
INTRODUÇÃ INTRODUÇÃO... O........ .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............... ...................... ........................ ..............4 ..4
2.
CONDICION CONDICIONANTE ANTES S DE PROJETO... PROJETO........ .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ...........5 ..5
2.1
CONDICIONANTES CONDICIONANTES FÍSICOS................................... FÍSICOS.......................................................................... ....................................... 5
2.2
CONDICION CONDICIONANTE ANTES S DE CONSTRUÇÃ CONSTRUÇÃO.... O......... .......... .......... ................ ...................... ....................... .................12 .....12
3.
ALTERNA ALTERNATIV TIVA A 1: QUEBRA-MAR QUEBRA-MAR CONVENCI CONVENCIONAL ONAL ARMADURA ARMADURA EM BLOCOS BLOCOS DE PEDRA.....................................................................................................12
3.1
C!LCULO C!LCULO DO PESO DA ARMADURA ARMADURA DE PROTEÇÃO PROTEÇÃO "ARMADURA "ARMADURA PRINCIP PRINCIPAL#. AL#. .12
3.2
C!LCULO C!LCULO DO $AL$AMENTO $AL$AMENTO "%RUN-UP&#.. "%RUN-UP&#....... ......... ............ ................... ....................... ......................15 ..........15
3.3
SEÇ'ES TRANSVERSAIS E QUANTITA QUANTITATIVOS........... TIVOS................................................. ...................................... 1(
3.4
ESTIMATIVA ESTIMATIVA DE CUSTOS................................. CUSTOS............................................................................ ........................................... 1)
4.
ALTERNA ALTERNATIV TIVA A 2: QUEBRA-MAR QUEBRA-MAR CONVENCI CONVENCIONAL ONAL ARMADURA ARMADURA EM ELEMENTOS ELEMENTOS DE CONCRETO..........................................................................................1)
4.1
C!LCULO C!LCULO DO PESO DA ARMADURA ARMADURA DE PROTEÇÃO PROTEÇÃO "ARMADURA "ARMADURA PRINCIP PRINCIPAL#. AL#. .2*
4.2
C!LCULO C!LCULO DO $AL$AMENTO $AL$AMENTO "%RUN-UP&#.. "%RUN-UP&#....... ......... ............ ................... ....................... ......................22 ..........22
4.3
SEÇ'ES TRANSVERSAIS E QUANTITA QUANTITATIVOS........... TIVOS................................................. ...................................... 22
4.4
ESTIMATIVA ESTIMATIVA DE CUSTOS................................. CUSTOS............................................................................ ........................................... 23
5.
ALTERNA ALTERNATIV TIVA A 3: QUEBRA-MAR QUEBRA-MAR NÃO CONVENCIO CONVENCIONAL NAL EM BERMA................ BERMA................ ..23
5.1
C!LCULO C!LCULO DO PESO DA ARMADURA ARMADURA DE PROTEÇÃO PROTEÇÃO "ARMADURA "ARMADURA PRINCIP PRINCIPAL#. AL#. .24
5.2
C!LCULO C!LCULO DO $AL$AMENTO $AL$AMENTO "%RUN-UP&#.. "%RUN-UP&#....... ......... ............ ................... ....................... ......................24 ..........24
5.3
SEÇ'ES TRANSVERSAIS E QUANTITA QUANTITATIVOS........... TIVOS................................................. ...................................... 2+
5.4
ESTIMATIVA ESTIMATIVA DE CUSTOS................................. CUSTOS............................................................................ ........................................... 2+
,.
MEMRIA MEMRIA DE C!LCULO. C!LCULO...... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... .............3* .........3*
,.1
QUEBRA-MA QUEBRA-MAR R CONVEN CONVENCION CIONAL AL COM COM BLOCOS BLOCOS DE PEDRA.. PEDRA....... .......... .......... .......... ........... .........3* ...3*
6.1.1 Fórmula de Hudson.............................................................................................30 6.1.2 Fórmula Fórmula de van der Meer........ Meer............... ............. ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ................. ...............32 ....32 6.1.3 Cálculo do Run-up...............................................................................................38 ,.2
QUEBRA-MA QUEBRA-MAR R CONVE CONVENCION NCIONAL AL COM ELEMENTOS ELEMENTOS DE CONCRETO CONCRETO "CORE-LO "CORE-LOC C # 3+
6.2.1 Fórmula Fórmula da página página da Core-oc Core-oc !"or#$ %merica&..... %merica&........... ............ ............ ............ ............ ..................3' ............3' 6.2.2 Fórmula Fórmula do C(Manual.. C(Manual........ ............ ............ ............ ............ ............ ............ ............. ............. ............ ....................... .........................3' ........3' ,.3
QUEBRA-MAR NÃO-CONVENCIONAL EM BERMA...........................................41 BERMA...........................................41
6.3.1 Res$aping Res$aping )* + *id#$ o, erm eroded...... eroded............ ............ ............. ............. ..................... ..............................1 ...............1
6.3.2 *ave run-up on sloping slopes !R1.1&............................................................. ...3
1. INTRODUÇÃO O projeto de um quebra-mar de proteção passa por dois tipos de dimensionamento: o hidráulico e o estrutural. O dimensionamento hidráulico define a posição e o arranjo geométrico em planta do quebra-mar. O dimensionam dimensionamento ento estrutural estrutural estabelece as característ características icas geométricas geométricas e estruturais estruturais das diversas diversas seçes seçes transversais que irão compor o quebra-mar de proteção. O dimensionamento hidráulico reali!ado anteriormente definiu a posição em planta do quebra-mar" e foi objeto de aferição quanto ao abrigo proporcionado via modelo hidráulico numérico #vide relat$rios elaborados pelo --- e pela %asarte&. 'ste (elat$rio apresenta os estudos reali!ados relativamente ao dimensionamento estrutural para definição do tipo de seção transversal a ser adotada para o quebra-mar de proteção da )* de )* do )) em e m ---. +nicialmente são apresentados os condicionantes de projeto adotados no estudo" a saber: • ,ondicionantes físicos: regime de ventos e de variação do nível estático do mar #maré e elevação de longo pra!o do nível do mar& onda de projeto. oi admitido" a dmitido" nesta fase" que as características geotécnicas na região fornecem o necessário grau de suporte / estrutura de proteção. • ,ondicionantes de construção: disponibilidade de material rochoso com características adequadas / sua utili!ação como material de construção para o quebra-mar metodologia de e*ecução estabelecida. 'm seguida são apresentados os resultados das análises das tr0s alternativas de quebra-mar consideradas: • 1lternativa 2: 3uebra-mar convencional com armadura de proteção em e m blocos de pedra. • 1lternativa 4: 3uebra-mar convencional com armadura de proteção em e m elementos de concreto #,ore-%oc�&. • 1lternativa 5: 3uebra-mar não convencional em berma. O dimensionamento das diversas características das seçes transversais foi feito com ** da seguinte literatura e programas" respectivamente:
• 6Coastal Engineering Manual7" version 4.84" 9rofessional 'dition" da '(+-;',< +nc. • 6The Rock Manual. The use of rock in h!raulic engineering "#n! E!ition$7" editado por ,=(• •
,+(+1-,';>'" ,+(+1-,';>'" publicado por ,+(+1" %ondon" 488?. 6CED%&7 @ ,oastal 'ngineering Aesign and 1nalBsis CBstem" version D.84 softEare comerciali!ado por '(+-;',< +nc. 6CRE&&7 @ ,oastal and (iver 'ngineering Cupport CBstem" versão D.8.F softEare elaborado por (ijGsEaterstaat #
1 alternativa selecionada em função" principalmente" do critério de menor custo"foi a de um 6'ue(ra)*ar n+o con,encional e* (er*a7. O valor desta alternativa é de (I**.**.**"88. O (elat$rio se encerra com a apresentação das concluses alcançadas pelo estudo" e" principalmente" pelas recomendaçes @ algumas das quais são aqui reprodu!idas:
• O dimensionamento reali!ado para as tr0s alternativas admitiu a e*ist0ncia de rocha com qualidade
•
e dimenses adequadas / materiali!ação de qualquer destas alternativas. 1pesar 1pesar da região ser conhecida como fonte de rochas de alta qualidade" é necessário que" antes de se prosseguir no detalhamento da alternativa recomendada" se defina a pedreira a ser utili!ada na construção do quebra-mar. 'ste requisito é constantemente recomendado na literatura especiali!ada. 1qui" também reco*en!a)se forte*ente forte*ente a a!o-+o !esta *e!i!a.
• 1p$s essa definição" deve ser reali!ada uma campanha e*perimental de e*ploração da pedreira" de • • • •
•
modo a verificar a ('1% distribuição de frequ0ncia do peso das pedras obtidas no desmonte @ a chamada 6,=(1 6,=(1 A1 9'A('+(17. 1s informaçes fornecidas pela curva da pedreira permitirão a comprovação das quantidades definidas no estudo ora apresentado" ou as necessárias adequaçes a serem feitas /s respectivas dimenses de peso de pedras e percentuais requeridos. Desta for*a e,itar)se) /ue0 a2s a contrata-+o !a E*resa Construtora0 Construtora0 a *es*a tenha /ue re!efinir3rea!e/uar re!efinir3rea!e/uar estas !i*ens4es 5 co* os refle6os negati,os /ue essa re!efini-+o ossa ,ir a ter so(re os re-os inicial*ente ofereci!os. inali!ando" ap$s a definição da 6,=(1 A1 9'A('+(17" um estudo dessa nature!a @ o projeto de um quebra-mar de proteção @ somente se completa através da e*ecução de ensaios em modelo hidráulico físico redu!ido 7ortanto0 o Cons2rcio consi!era !e fun!a*ental i*ort8ncia /ue a 7ETRO9R%& contrate :a(orat2rio ;i!rulico Eseciali
#. CO COND NDIC ICIO ION% N%NT NTE& E& DE 7RO> 7RO>ET ETO O 1 seguir são apresentados os condicionantes físicos e operacionais considerados na elaboração deste estudo.
#.1 #.1
Con!ic n!icio iona nant ntes es ?=s ?=sic icos os
1 descrição qualitativa do regime de ventos na ,osta %este @ que inclui o estado do )) e" em particular" e a região de ---" indica que a circulação principal na região em análise" é comandada pelo alísios" 6...provenientes dos quadrantes H'" ' e C'...7 gerados a partir do anticiclone semi-fi*o do 1tlKntico Cul com predominKncia dos ventos de H' na estação quente e os de ' e C' na estação fria #fonte: >arinha do Lrasil" Airetoria de arinha do Lrasil" Airetoria de édio do mar está a T8"U4m acima do Hível de (edução estabelecido para o ;erminal da ---" área vi!inha / futura )* de )* do )) em ---. Aevido / pro*imidade entre estas duas áreas @ menos de 4Gm @ será admitido neste estudo que as características de amplitude sejam as mesmas. 9ortanto" o Hível >édio do mar na futura )* de )* do )) em --- estará a T8"U4m acima do Hível de (edução da A
Cegundo a ;ábua de >arés para o ano de 488M" a variação do nível dVágua se apresenta" conforme a fase da lua:
• • • •
>aior preamar #si!ígia&: T2"Pm >aior preamar #quadratura&: T2"5m >enor bai*a-mar #quadratura&: T8"4m >enor bai*a-mar #si!ígia&: -8"2m.
'stes nJmeros também são válidos para a futura )* de )* do )) em ---. =ma possível elevação no nível médio do mar" no hori!onte da vida Jtil econSmica do quebra-mar #F8 anos&" foi considerada. Ha falta de um critério nacional admitiu-se um valor considerado de consenso2" igual a F mmRano. 9ortanto" um total de 8"4Fm ao final de F8 anos. O levantamento batimétrico e*ecutado indicou que" ao longo do ei*o do futuro quebra-mar" as rofun!i!a!es ,aria* !e u* *=ni*o !e @0A* a u* *6i*o !e 1@0A* " referidas ao Hível de (edução da A
• 87 C 87 . Os principais parKmetros estatísticos são resumidos a seguir:
• %no !e #AA@ ;s "*$
;*a6 "*$
D7 "!eg$
T7 "s$
T*ean "s$
Deth "*$
>á*imo
4"FM
5"5
5FM
2?"8
M"4
45"F
>ínimo
8"FD
8"?
8
4"F
4"M
2M"P
>édia
2"4
2"F
288
?"U
F"F
42"8
Aesvio 9adrão
8"55
8"D4
D5
4"22
8"?5
8"PU
>ediana
2"2
2"D
M2
?"?
F"D
48"M
>oda
8"M
2"2
?5
U"5
F"4
48"U
• %no !e #AAB 1
C/R/%-CR-C(M(F $e Roc4 Manual. $e use o, roc4 in $5draulic engineering7 2 nd (di#ion7 p. 337 ondon 2009.
;s "*$
;*a6 "*$
D7 "!eg$
T7 "s$
T*ean "s$
Deth "*$
>á*imo
4"F2
5"2M
55M
2U"4
M"M
42"M2
>ínimo
8"D?
8"P
8
4"8
4"F
2U"U
>édia
2"2
2"D
M?
?"U
F"2
48"5
Aesvio 9adrão
8"4?
8"5F
54
4"?5
8"M8
8"F2
>ediana
2"2
2"D
UU
?"F
F"2
48"5
>oda
2"8
2"5
U4
4"8
D"U
2M"M
;s "*$
;*a6 "*$
D7 "!eg$
T7 "s$
T*ean "s$
Deth "*$
>á*imo
4"42
4"U2
5F2
2U"M
22"8
42"PU
>ínimo
8"DP
8"FU
4
4"4
5"2
2M"4U
>édia
2"2
2"D
285
U"5
F"D
48"F2
Aesvio 9adrão
8"4U
8"5F
55
4"F?
8"MF
8"D2
>ediana
2"2
2"D
MU
U"8
F"D
48"F4
>oda
2"8
2"5
U4
U"F
F"8
48"PU
• %no !e #AA
1s informaçes referentes aos tr0s anos foram agregadas em um s$ conjunto de dados. Aesta forma o conjunto de dados passa a se apresentar como uma série de ?P.245 mediçes conjuntas de altura" período e direção de ondas" reali!adas a cada 48 minutos. Os principais parKmetros estatísticos desta amostra são apresentados a seguir.
M=ni*o Registra!o
M!ia Calcula!a
Me!iana Calcula!a
M6i*o Registra!o
;s "*$
8"DP
2"2D
2"8M
4"P
;131A "*$
8"FU
2"DF
2"5U
5"5
T7 "s$
4"8
U"8
M"2
2U"M
T*ean "s$
4"F
F"5
F"M
22"8
Os histogramas relativos / distribuição de freqN0ncia dos valores de
;istogra*a !e ;s"*$ 25000
20276
20923
20000
a i c n e u / e r ?
15000
13794
10000 7846 6653
5000
3966 1666 546
276
0 0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
%ltura &ignificati,a "*$
2,0
138
2,2
2,4
39
2,6
2,8
;istogra*a !e ;131A "*$ 25548
25000
20000
18933 16149
a i c n e u / e r ?
15000
10000
8322
5000
3527 2171 1166 0
0 0,0
244
6
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
2,4
2,7
57
3,0
3,3
;istogra*a !e T< "T *!io e* s egun!os$ 35000 32491
30000
25000 a i c n e u / e r ?
23223
20000 14759
15000
10000
5000
2600 0
2163
377
0
348
123
36
3
0 0
1
2
3
4
5
6
7
7er=o!o M!io "T<$
8
9
10
11
12
;istogra*a !e T "T e* segun!os$ 30000
28293
25000 20257
20000 a i c n e u / e r ?
15000 10845
10000
8456
5000
3753 2450
1685 372
0
12
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
7er=o!o !e 7ico "T$
Os valores mostram que o clima de ondas na região é brando" onde o valor médio de < s @ para os tr0s anos de medição @ é de 2"2Dm. 1pesar de brando" é constante" não tendo sido registrado períodos de calmaria @ o valor mínimo de
• 1s maiores alturas de onda registradas #
#224"FXH-2F?"FXH& e Cul #2F?"FXH-484"FXH&. alores de
(elativamente ao comportamento da 61ltura de =m-décimo7" as análises reali!adas indicaram que:
• 1s maiores alturas de onda registradas #< 2R28 W 5"5m& foram provenientes dos quadrantes Cudeste • • •
#224"FXH-2F?"FXH& e Cul #2F?"FXH-484"FXH&. alores de <2R28 entre 4"4m e 5"2m também foram verificados vindos dos quadrantes Horte #55?"FXH-44"FXH& e Hordeste #44"FXH-P?"FXH&. 1 grande concentração de períodos de pico se dá entre Fs e 2Ds as maiores alturas de onda significativa ocorreram em conjunto com períodos de pico entre Ps e 24s. 1pesar de registrado um valor de apro*imadamente 2Ms #2U"Ms&" a ocorr0ncia de períodos de pico elevados #maiores do que 2Ps" por e*emplo& se dá com alturas menores @ entre 2"Dm e 4"8m.
1s condiçes de projeto referem-se / determinação da 61ltura Cignificativa de 9rojeto7" a ser adotada para o cálculo do 3uebra-mar de 9roteção da futura )* de )* >arítimo do )) em ---.
1 metodologia adotada foi a denominada na literatura como 69O; @ 9eaG Over ;hreshold analBsis47. Os valores de probabilidade de ocorr0ncia consideraram tanto a vida Jtil do quebra-mar #normalmente adotada a vida Jtil para efeito de cálculos financeiros @ F8 anos& bem como a probabilidade de e*ced0ncia do evento e*tremo durante a vida Jtil da obra. 1 probabilidade de que a estrutura venha a sofrer ondas de tempestades maiores do que a 6condição de projeto7 estabelecida através do período de recorr0ncia (" ao longo de sua vida Jtil % é5: P L
2 = 2 − 2 − ÷ R
L
9ara ( W % W F8 anos" 9% W 8"P5. +sto é: a probabilidade de que a obra venha a sofrer com tempestades maiores do que a tempestade de período de recorr0ncia de F8 anos #freqN0ncia de ocorr0ncia de 2 Y F8 W 8"4& é de P5Q.
• 9ara 9% W 48Q" f W 2 Y ( W 8"88DD W 2R44F • 9ara 9% W FQ" f W 2 Y ( W 8"88285 W 2RM?F Aevido a importKncia da estabilidade estrutural do quebra-mar para a operação segura da )* de )* do )) em ---" considera-se que a adoção da altura da onda significativa para o valor de @ 9 % W FQ W 8"8F @ seja o mais adequado" por motivos de segurança. 9ortanto" o dimensionamento do quebra-mar será reali!ado considerando-se como 6Onda de 9rojeto7 o valor de:
;s F0B*. (elativamente ao período da onda de projeto" será verificado o comportamento da estrutura para períodos de pico de" respectivamente" 24s" 2Ds e 2Ps. 9ara o conjunto de mediçes de onda reali!ada" a relação entre o período de pico e o período médio é de:
T 10@ T* 1ssim" é possível relacionar-se os períodos de pico a serem considerados no dimensionamento da estrutura de proteção com os respectivos períodos médios" a saber:
2
T
T*
24s 2Ds 2Ps
Us M"5s 28"?s
:ide por e;emplo upplemen# #o )ulle#in 98?9' 1''2. am@m em dA%ngremond B. van Roode F.C. Breakwaters and Closure Dams >pon cien#i,ic >ingapore 2000.
#.#
Con!icionantes !e Constru-+o
Cerá admitido nesta etapa do estudo" que haverá disponibilidade de material rochoso de qualidade capa! de atender /s necessidades do dimensionamento estrutural. 3uanto / metodologia construtiva" será admitido que o quebra-mar de proteção será e*ecutado por equipamento terrestre" a partir da ponte de acesso / futura )* de )* >arítimo do )) em ---. +sto é: o início da construção do quebra-mar se dará ap$s a e*ecução da totalidade da ponte de acesso. Aefinidos os condicionantes físicos e de construção @ em particular a 6Onda de 9rojeto7" o tipo de material de construção disponível" e a metodologia de e*ecução #por equipamento terrestre& @ as f$rmulas disponíveis na literatura possibilitam o dimensionamento estrutural da seção transversal do quebra-mar. 3. %:TERN%TIG% 1H 'UE9R%)M%R CONGENCION%: 5 %RM%DUR% EM 9:OCO& DE
7EDR% oram verificadas" ao longo do desenvolvimento do quebra-mar" um total de cinco seçes características que irão compor a estrutura. 1 igura 2" a seguir" mostra" em linhas gerais" a locali!ação dessas seçes características.
?igura 1H %lternati,a 1 5 se-4es caracter=sticas 5 locali
F.1
Clculo !o 7eso !a %r*a!ura !e 7rote-+o "%r*a!ura rincial$
O funcionamento estrutural de quebra-mares convencionais com armadura de proteção em blocos de pedras é **ado no peso individual deste elemento @ que deve ser pesado o suficiente para manter-se estático quando da ação da onda de projeto. Ho caso de quebra-mares convencionais" e*istem duas f$rmulas para o dimensionamento da armadura de proteção: a f$rmula de anual" 2MUD& e a f$rmula de an der >eer #(ocG Clopes and Zravel Leaches under ave 1ttacG" 2MUU&. 'sta Jltima vem sendo considerada mais adequada" e" portanto" mais bem aceita" atualmenteD" pelos projetistas. Cegundo o ,oastal 'ngineering >anual #488D&" o valor do peso médio da armadura principal é calculado através das seguintes f$rmulas" dependendo do valor de ξm :
Reeve E. C$adic4 %. Fleming C.7 Coas#al (ngineering
O dimensionamento da armadura foi feito considerando esta formulação" tanto através dos c$digos do ,oastal 'ngineering >anual #,'>& quanto de 6softEare específico7 #,('CC" versão D.F&. O peso médio da armadura de proteção foi avaliado com ** no seguinte critério:
• 9ara a condição de onda de projeto previamente estabelecida #< s W 5"Pm& @ que considera a probabilidade de ocorr0ncia de apenas FQ de ressacas desta magnitude durante a vida Jtil do quebra-mar" foi admitido que algum dano #6in=cio !e !ano toler,el7& pudesse acontecer / estrutura @ C W F • 9ara uma probabilidade de ocorr0ncia de 48Q durante a vida Jtil do quebra-mar #ressacas com
Os valores de CW4 R CW5 correspondem ao crotério de danos de 8Q R FQ da f$rmula de
.*. van der Meer p.G c$p#. 11 !%pplica#ion and s#aili#5 cri#eria ,or roc4 and ar#i,icial uni#s&7 in >eaalls Ei4es and Reve#men#s B.*. <5larcI54 !edi#or& )al4ema Ro##erdam 1''8.
'm 1ne*o são apresentadas as diversas tabelas que são fornecidas através da aplicação dos modelos utili!ados. 1 título de ilustração apresentam-se" a seguir" os resultados encontrados para a profundidade de 2F"8m #H(-Aound LreaGEaters7P&:
• Ta(ela gera!a elo CEM:
• Ta(ela gera!a elo CRE&& #;m W 28s&:
6
.*.van der Meer in %dvances in Coas#al and Jcean (ngineering :ol.17 <..F. iu !edi#or& *orld >cien#i,ic >ingapore 1''G.
• Ta(ela gera!a elo CRE&& #;m W Us&:
,om ** nos resultados obtidos" foram estabelecidos os pesos dos blocos de pedras que irão compor as cinco seçes características" a saber:
• Ceção 2: trecho em curva" com parte também em redu!ida profundidade #variando de F"8m a
•
•
•
•
F.#
?"8m&" sujeito a arrebentação para condiçes e*tremas: o 9edras com pesos entre 2D"8t e 24"8t" sendo que F8Q destes blocos devem apresentar peso superior a 25"8t. Ceção 4: trecho em curva e em transição para segmentos em tangente #profundidades entre ?"8m e 24"8m&: o 9edras com pesos entre 2D"8t e 24"8t" sendo que F8Q destes blocos devem apresentar peso superior a 25"8t. Ceção 5: trechos em tangente" entre o cabeço e as duas curvas no sentido norte" e ap$s a curva até a profundidade de 24"8m&: o 9edras com pesos entre U"8t e 24"8t" sendo que F8Q destes blocos devem apresentar peso superior a 28"8t. Ceção D: trecho locali!ado na bacia portuária" ap$s os pieres de atracação" abrangendo as duas curvas e o segmento em tangente entre estas" profundidades entre 24"8m e 2F"8m: o 9edras com pesos entre 2D"8t e 24"8t" sendo que F8Q destes blocos devem apresentar peso superior a 25"8t. Ceção F: trecho correspondente /s e*tremidades do quebra-mar @ cabeço @ que apresentam profundidades médias de 28"8m #cabeço sul& e 24"8m #cabeço norte&: o 9edras com pesos entre 2D"8t e 24"8t" sendo que F8Q destes blocos devem apresentar peso superior a 25"8t.
Clculo !o Lalga*ento "Run)u$
O quebra-mar foi dimensionado de modo a não permitir o galgamento das ondas #6não-ultrapassagem7&" devido / e*ist0ncia do pátio de pré-embarque imediatamente a sotamar da estrutura. Hos trechos em que o quebra-mar se desenvolve sem retaguarda adjacente" optou-se por manter o mesmo critério de 6não-ultrapassagem7" de modo a não gerar sensação de insegurança aos operadores e usuários da futura )*.
O cálculo do galgamento foi feito através do softEare ,('CC #6Eave run-up on rough slopes @ e*plicit formulae& e conferidos através dos c$digos presentes no ,'> #equation +-F-25&. Os resultados fornecidos pela aplicação do ,('CC para as condiçes de onda de projeto igual a 5"Pm e períodos médios de Us e 28s" respectivamente" são apresentados a seguir.
Os resultados encontrados com os c$digos do ,oastal 'ngineering >anual são apresentados a seguir.
O valor mínimo de ?"8Mm deve ser adicionado ao maior nível dVágua estático previsto para o período da vida Jtil economica do quebra-mar @ F8 anos. Ae acordo com o apresentado no subitem 4"2" esta Jltima parcela é composta pela soma da maré astronSmica #T2"Pm& com a elevação prevista do nível do mar para o período #T8"4Fm&. 1ssim" a elevação da armadura de proteção deve ser" no *=ni*o0 !e P0Q* acima do Hível de (edução #!ero da ,arta Háutica&.
F.F
&e-4es Trans,ersais e 'uantitati,os
O arranjo geral em planta da estrutura já tinha sido definido previamente. 9ara a definição das diversas seçes transversais foram utili!ados os valores encontrados pela aplicação das f$rmulas apresentadas nos subitens anteriores. 1lém desses valores" a necessidade de se obedecer / composição minima das diversas camadas de pedra que compem o quebra-mar #espessura das diversas camadas de" pelo menos" duas pedras&" bem como condicionantes de e*ecução #como uma largura mínima de 28"8m na cota de trabalho de modo a permitir o tráfego seguro dos veículos de construção da estrutura& também foram levados em consideração. O resultado encontrado é apresentado na igura 4" a seguir. O levantamento de quantidades reali!ado indicou a necessidade de um volume total de apro*imadamente 2"DP5 milhes de metros cJbicos de pedras de diversas dimenses" variando desde um mínimo de F Gg de peso a blocos de até 2D"8 toneladas. (elativamente aos percentuais que cada fai*a de pedras representa em relação ao total se tem:
• 9edras tipo 1: P5"UQ do total • 9edras tipo L: 2?"?Q do total • 9edras tipo ,: 4"5Q do total
• 9edras tipo A: 5"?Q do total • 9edras tipo ': M"2Q do total. 1s pedras com pesos maiores do que U"8t" da armadura de proteção e*terna #pedras tipos A e '&" representam 24"UQ do total de 2.DP4.PMMm5 de pedras a serem utili!adas na construção do quebra-mar.
F.
Esti*ati,a !e Custos
Os valores de custos unitários que foram adotados para a avaliação dos custos de construção desta alternativa são apresentados a seguir. 'stes valores incluem o desmonte na pedreira" o transporte das pedras até o sítio #A>; W 58Gm&" e a colocação das mesmas no quebra-mar. 1s pedras de nJcleo serão simplesmente basculadas no maciço #eventualmente empurradas com trator de esteira ou pá carregadeira&" enquanto que as pedras de armadura deverão ser colocadas com guindaste#s&. Cerão utili!ados 2.DP4.PMMm5 de pedras" das quais:
• 9edras de nJcleo #basculadas&: MU5.84Dm5 • 9edras de armadura #colocadas&: D?M.P?Fm5. ,om os valores de custo unitário apresentados" o valor total para a e*ecução da estrutura seria de RS666.666.6660AA. 'ntretanto" as proporçes das pedras de armadura com peso acima de F"8t não se mostram compatíveis entre si. 9or e*emplo" as pedras tipo ' #24"8t a 2D"8t& representam M"2Q do total. 'm uma pedreira de boa qualidade" e com plano de fogo compatível e bem elaborado" é possível admitir" >=+;O O;+>+C;+,1>'H;'" que poderão ser obtidos um má*imo de DQ a FQ de pedras deste porte do total e*plorado. ,onsiderando um valor médio de D"FQ" e para o volume necessário para a e*ecução do quebra-mar" um adicional de cerca de 2.DM?.5M8m5 deverá ser desmontado da pedreira e não utili!ado.
• Ce 255.48Dm5 de pedras de 24"8t a 2D"8t correspondem a D"FQ do total a ser e*plorado" o montante • • •
a ser desmontado será de 4.MP8.8UMm5 ,omo apenas 2.DP4.PMMm5 serão utili!ados" haverá uma sobra de 2.DM?.5M8m5 de pedras que deverão ser desmontados #a um custo de (I58"88Rm 5& e que não serão utili!ados na construção do quebra-mar O custo e*tra do desmonte corresponde a 2.DM?.5M8m5 × (I58"88Rm5 W (IDD.M42.?88"88 %ogo" este valor deve ser adicionado ao nJmero antes apresentado de (I2PU.?M8.MF2"88.
4. %:TERN%TIG% #H 'UE9R%)M%R CONGENCION%: 5 %RM%DUR% EM E:EMENTO& DE
CONCRETO =ma alternativa ao uso apenas de blocos de pedra foi avaliada @ através da utili!ação de elementos prémoldados de concreto para compor a armadura de proteção. oi considerada a utili!ação de elementos denominados de 6,ore-%oc�7" projetado e patenteado pelo corpo de engenheiros do e*ército norte-americano" renomada +nstituição no campo da 'ngenharia ,osteira.
'sse elemento é o mais moderno dos blocos de concreto disponíveis no mercado" e vem sendo utili!ado desde 2MMP. Cegundo informaçes do fabricante" até o ano de 4885 haviam sido construídas 2M estruturas de proteção utili!ando estes elementos. Aos vários blocos artificiais disponíveis no mercado" é o elemento que menor consumo de concreto por unidade apresenta" para uma dada altura de onda de projeto. 1 título de ilustração" apresenta-se" a seguir c$pias de fotografias disponíveis no sítio do fabricante #EEE.core-loc.com& que mostram a forma do elemento e o processo de fabricação.
Ho caso presente" o objetivo foi o de substituir os blocos de pedra que constituem a armadura de proteção do enrocamento da 1lternativa 2 @ que se apresentam com pesos compreendidos entre U"8 toneladas e 2D"8 toneladas. Llocos de rocha dessas características se apresentam com um percentual muito redu!ido" quando considerado um volume de pedreira a ser e*plorado. Aesta maneira" / semelhança do reali!ado no caso do quebra-mar convencional em blocos de pedra" foram verificadas" ao longo do desenvolvimento do quebra-mar" um total de cinco seçes características que irão compor a estrutura. 1 igura 5" a seguir" mostra" em linhas gerais" a locali!ação dessas seçes características.
?igura FH %lternati,a # 5 se-4es caracter=sticas 5 locali
.1
Clculo !o 7eso !a %r*a!ura !e 7rote-+o "%r*a!ura rincial$
O funcionamento estrutural de quebra-mares convencionais com armadura de proteção em elementos de concreto não é baseado simplesmente no peso individual deste elemento. 1 forma geométrica do elemento é" também" fator fundamental para o seu funcionamento estrutural. 'sta forma permite que os diversos elementos de concreto" de alguma forma" se entrelacem" e passem a trabalhar em conjunto. Aesta maneira" não precisam ser tão pesados quanto um bloco de pedra" que apenas 6encosta7 nos outros blocos adjacentes. O dimensionamento da armadura principal do quebra-mar seguiu a formulação proposta no ,oastal 'ngineering >anual #488D&" e reprodu!ida a seguir. Cegundo esta refer0ncia" o valor do peso do elemento de concreto é calculado através da seguinte f$rmula:
O dimensionamento da armadura foi feito considerando esta formulação" através dos c$digos do ,oastal 'ngineering >anual #,'>&" utili!ando-se tanto o valor de anual #2MUD& para a aplicação desta f$rmula. Os valores encontrados para o peso desses elementos de concreto são apresentados nas tabelas a seguir.
• Ele*entos no tronco ";roJeto ;131A 0B*$H
• Ele*entos no ca(e-o ";roJeto ;131A 0B*$H
;ambém foi feita uma verificação dos valores encontrados através de c$digo disponível na página norteamericana do fabricante" que confirmou os valores encontrados. 'm 1ne*o são apresentadas as diversas tabelas que são fornecidas através da aplicação dos modelos utili!ados. ,om ** nos resultados obtidos" foram estabelecidos os pesos dos elementos 6,ore-%oc�7 que irão compor as cinco seçes características" a saber:
• Ceção 2: trecho em curva" com parte também em redu!ida profundidade #variando de F"8m a ?"8m&" sujeito a arrebentação para condiçes e*tremas: o 'lementos 6,ore-%oc7 com peso de F"Dt. • Ceção 4: trecho em curva e em transição para segmentos em tangente #profundidades entre ?"8m e 24"8m&: o 'lementos 6,ore-%oc7 com peso de F"Dt. • Ceção 5: trechos em tangente" entre o cabeço e as duas curvas no sentido norte" e ap$s a curva até a profundidade de 24"8m&: o 'lementos 6,ore-%oc7 com peso de D"Dt. • Ceção D: trecho locali!ado na bacia portuária" ap$s os pieres de atracação" abrangendo as duas curvas e o segmento em tangente entre estas" profundidades entre 24"8m e 2F"8m: o 'lementos 6,ore-%oc7 com peso de F"Dt.
• Ceção F: trecho correspondente /s e*tremidades do quebra-mar @ cabeço @ que apresentam profundidades médias de 28"8m #cabeço sul& e 24"8m #cabeço norte&: o 'lementos 6,ore-%oc7 com peso de F"Dt.
.#
Clculo !o Lalga*ento "Run)u$
O quebra-mar foi dimensionado de modo a não permitir o galgamento das ondas #6não-ultrapassagem7&" devido / e*ist0ncia do pátio de pré-embarque imediatamente a sotamar da estrutura. Hos trechos em que o quebra-mar se desenvolve sem retaguarda adjacente" optou-se por manter o mesmo critério de 6não-ultrapassagem7" de modo a não gerar sensação de insegurança aos operadores e usuários da futura )*. O cálculo do galgamento foi feito através do softEare ,('CC #6Eave run-up on rough slopes @ e*plicit formulae& e conferidos através dos c$digos presentes no ,'> #equation +-F-25&" / semelhança do que foi apresentado no subitem 5.4" anterior. O valor mínimo de ?"8Mm deve ser adicionado ao maior nível dVágua estático previsto para o período da vida Jtil economica do quebra-mar @ F8 anos. Ae acordo com o apresentado no subitem 4"2" esta Jltima parcela é composta pela soma da maré astronSmica #T2"Pm& com a elevação prevista do nível do mar para o período #T8"4Fm&. 1ssim" a elevação da armadura de proteção deve ser" no *=ni*o0 !e P0Q* acima do Hível de (edução #!ero da ,arta Háutica&.
.F
&e-4es Trans,ersais e 'uantitati,os
O arranjo geral é o mesmo já definido previamente. 9ara a definição das diversas seçes transversais foram utili!ados os valores encontrados pela aplicação das f$rmulas apresentadas nos subitens anteriores. 1lém desses valores" a necessidade de se obedecer / composição minima das diversas camadas de pedra que compem o quebra-mar #espessura das diversas camadas de" pelo menos" duas pedras&" bem como condicionantes de e*ecução #como uma largura mínima de 28"8m na cota de trabalho de modo a permitir o tráfego seguro dos veículos de construção da estrutura& também foram levados em consideração. O resultado encontrado é apresentado na igura D" a seguir. O levantamento de quantidades reali!ado indicou a necessidade de: • um volume total de apro*imadamente 2"4?P milhes de metros cJbicos de pedras de diversas dimenses @ desde F Gg de peso a blocos de até U"8 toneladas. • um volume total de apro*imadamente D2"5MP mil metros cJbicos de concreto para moldar unidades 6,ore-%oc�7 com pesos de D"D toneladas e de F"D toneladas @ 28.U82 e M.2P5 unidades" respectivamente. 1 discriminação das quantidades conforme sua classificação é apresentada na ;abela 4" a seguir. (elativamente aos percentuais que cada fai*a de pedras representa em relação ao total se tem:
• 9edras tipo 1: ??"8Q do total • 9edras tipo L: 48"5Q do total • 9edras tipo ,: 4"PQ do total
1s pedras com pesos maiores do que F"8t #pedra tipo ," armadura de proteção do lado interno do quebramar& representam 4"5Q do total de 2.4?F.MP4m5 de pedras a serem utili!adas na construção do quebra-mar.
.
Esti*ati,a !e Custos
Os valores de custos unitários que foram adotados para a avaliação dos custos de construção desta alternativa são apresentados a seguir. 'stes valores incluem o desmonte na pedreira" o transporte das pedras até o sítio #A>; W 58Gm&" e a colocação das mesmas no quebra-mar. 1s pedras de nJcleo serão simplesmente basculadas no maciço #eventualmente empurradas com trator de esteira ou pá carregadeira&" enquanto que as pedras de armadura deverão ser colocadas com guindaste#s&. Os elementos de concreto #,ore-%oc�&" de pesos iguais a D"Dt e F"Ft" seriam fabricados no canterio pr$*imo ao sítio. O custo estimado para a fabricação desses elementos inclui: fabricação" formas" transporte e colocação em posição no quebra-mar" além de um adicional de 28Q do valor do custo a título de licença. Cerão utili!ados 2.4?F.MP4m5 de pedras" das quais:
• 9edras de nJcleo #basculadas&: MU5.84Dm5 • 9edras de armadura #colocadas&: 4M4.M5Um5. Cerão utili!ados D2.5MPm5 de concreto" das quais:
• abricação de 28.U82 unidades de ,ore-%oc� com D"Dt: 48.448m5 • abricação de M.2P5 unidades de ,ore-%oc� com F"Dt: 42.2?Pm5. ,om os valores de custo unitário apresentados" o valor total para a e*ecução da estrutura seria de RS666.666.6660AA.
@. %:TERN%TIG% FH 'UE9R%)M%R NÃO CONGENCION%: EM 9ERM% O funcionamento estrutural de quebra-mares não convencionais em berma é diferente do funcionamento dos quebra-mares convencionais. 1 resist0ncia da seção / ação das ondas @ em particular / 6onda de projeto7 @ não se dá e*clusivamente pela combinação do peso do elemento com seu maior ou menor entrelaçamento com os outros elementos adjacentes. Heste caso" permite-se que a seção transversal seja modificada pela ação das ondas #daí a denominação de 6quebra-mares dinKmicos7 em contraponto aos quebra-mares convencionais @ os 6quebra-mares estáticos7&. ' esta modificação se dá pelo abatimento do talude da seção no lado em contato com a ação das ondas para uma posição de equilíbrio. ,omo irá haver a acomodação da seção transversal" é necessário que haja um volume de material adequado para esta acomodação ocorra de modo adequado @ daí a necessidade de uma 6berma7 de sacrifício. O material que irá compor a berma não precisa ser das mesmas dimenses do utili!ado em quebra-mares convencionais" podendo ter seu peso redu!ido para uma mesma onda de projeto.
oram verificadas" ao longo do desenvolvimento do quebra-mar" duas seçes características que irão compor a estrutura @ nos trechos em tangente e nos trechos em curva e no cabeço. 1 igura F" a seguir" mostra" em linhas gerais" a locali!ação dessas seçes características.
?igura @H %lternati,a F 5 se-4es caracter=sticas 5 locali
Clculo !o 7eso !a %r*a!ura !e 7rote-+o "%r*a!ura rincial$
Ho caso deste tipo de quebra-mar" não e*iste uma f$rmula específica para o dimensionamento das pedras que irão compor a armadura da seção transversal" pois a largura da berma também é levada em consideração. 9or e*emplo" a utili!ação de pedras de pouco peso acarreta na necessidade de se ter uma berma de grande e*tensão" pois o talude de equilíbrio dinKmico será mais suave demandando uma maior quantidade de pedras para permitir atingir a configuração de equilíbrio. 9ortanto" o estabelecimento das dimenses das pedras que irão compor a armadura de proteção é um compromisso entre a largura da berma a ser estabelecida e a altura da onda de projeto. O dimensionamento da armadura foi feito considerando esta formulação" tanto através dos c$digos do ,oastal 'ngineering >anual #,'>& quanto de 6softEare específico7 #,('CC" versão D.F&. O peso médio da armadura de proteção foi estabelecido ap$s alguns testes com o parKmetro H s" definido como sendo: N s =
H projeto ∆ × DF8
" onde : ∆ =
ρrocha − ρ água ρ água
1s características das pedras que irão compor a armadura de proteção #a 6berma7& são:
• min W 2"F toneladas #A2F ≅ 8"U5m& • médio W F8 W D"U toneladas #AF8 ≅ 2"44m& • ma* W U"8 toneladas #AUF ≅ 2"DFm&. 1s pedras que irão compor o nJcleo estão na fai*a de:
• min W 8"88F toneladas #F Gg& • médio W F8 W 8"F tonelada • ma* W 2"F toneladas. 'stes valores correspondem / fai*a de variação do peso dos blocos de pedras que irão compor as duas seçes características. 1 diferença entre essas duas seçes será na sua geometria @ as seçes em curva e no cabeço deverão ter a berma alteada em um metro.
@.#
Clculo !o Lalga*ento "Run)u$
O quebra-mar foi dimensionado de modo a não permitir o galgamento das ondas #6não-ultrapassagem7&" devido / e*ist0ncia do pátio de pré-embarque imediatamente a sotamar da estrutura.
Hos trechos em que o quebra-mar se desenvolve sem retaguarda adjacente" optou-se por manter o mesmo critério de 6não-ultrapassagem7" de modo a não gerar sensação de insegurança aos operadores e usuários da futura )*. 1 cota de coroamento de uma estrutura em berma" / semelhança do peso da pedra da armadura" também depende da largura da berma" como será apresentado a seguir. O cálculo do galgamento foi feito através do softEare ,('CC #6Eave run-up on sloping structures" rotina (2.2&. 9ara que seja possível calcular o galgamento" é necessário o estabelecimento de um valor inicial para a largura da berma. Heste caso recorreu-se / rotina (28.D" contida no softEare" que fornece a 6largura de berma erodida7 devido / ação da onda de projeto sobre uma armadura de pedras com dimenses conhecidas. Aos resultados em 1ne*o" são apresentados a seguir" a título de ilustração" quatro valores encontrados" para distintas condiçes de onda. 9ara a armadura determinada na seção anterior" e com as condiçes de projeto definidas" se tem:
•
•
•
•
1dmitindo" então" um ,alor inicial !e largura !e (er*a igual a B0A* #maior do que o valor de D"?Pm" anterior&" é possível calcular o galgamento da onda de projeto sobre a estrutura" e também verificar como o valor encontrado é função da largura da berma. oi utili!ada a rotina (2.2 #6Eave run-up on sloping structures&. 1 título de ilustração se apresentam a seguir alguns dos cenários analisados.
•
•
•
1 ;abela 5" a seguir" resume os valores de galgamento para os trinta cenários avaliados:
Ta(ela F 6 !e !e ))) 'ue(ra)*ar !e 7rote-+o 5 %nlise !e %lternati,as 'ue(ra)*ar n+o Con,encional e* 9er*a Cota !e Lalga*ento e* Rela-+o ao N=,el !Vgua Esttico Galor !o Lalga*ento "*$ %argura da berma #m&
>argem de segurança
P"8m 28"8m 2D"8m
1B0A* 2U"8m
Cem folga ,om folga Cem folga ,om folga Cem folga ,om folga &e* folga ,om folga Cem folga ,om folga
U"UM M"55 ?"M4 U"4? ?"5U ?"PU 0#A ?"D? ?"8F ?"52
28"28 28"P4 U"U? M"4? U"2U U"F4 0Q U"4F ?"?F U"8D
22"55 22"M5 M"U4 28"4U U"MP M"5F U"P? M"84 U"D5 U"?P
'm função dos resultados acima" definiu-se o valor da largura !a (er*a e* 1B0A*" / cota de TD"Fm #H(A
@.F
&e-4es Trans,ersais e 'uantitati,os
O arranjo geral em planta da estrutura já tinha sido definido previamente. 1s características das seçes nos trechos típicos da estrutura foram estabelecidas nos subitens anteriores. 1lém desses valores" a necessidade de se obedecer a condicionantes de e*ecução #como uma largura mínima de 28"8m na cota de trabalho de modo a permitir o tráfego seguro dos veículos de construção da estrutura& também foram levados em consideração. O levantamento de quantidades reali!ado indicou a necessidade de um volume total de apro*imadamente 2"PP? milhes de metros cJbicos de pedras de tres classes a serem utili!adas no quebra-mar @ HJcleo #pedras entre F"8Gg e 2"Ft&" 9edras tipo L #pedras entre 2"Ft e U"8t& e 9edras tipo , #pedras entre 2"Ft e F"8t&. 1 discriminação das quantidades conforme sua classificação é apresentada na ;abela D" a seguir. (elativamente aos percentuais que cada fai*a de pedras representa em relação ao total se tem:
• 9edras tipo 1: DM"MQ do total • 9edras tipo L e ,: F8"2Q do total. O total de pedras maiores do que 2"F toneladas representa F8"2Q do total de pedras a serem utili!adas.
@.
Esti*ati,a !e Custos
Os valores de custos unitários que foram adotados para a avaliação dos custos de construção desta alternativa são apresentados a seguir. 'stes valores incluem o desmonte na pedreira" o transporte das pedras até o sítio #A>; W 58Gm&" e a colocação das mesmas no quebra-mar.
1s pedras de nJcleo serão simplesmente basculadas no maciço #eventualmente empurradas com trator de esteira ou pá carregadeira&. 1s pedras de armadura serão" parte basculadas no maciço e parte colocadas com guindaste#s&. 9ara a berma foi considerado que pedras entre 2"Ft e D"8t poderão ser basculadasRempurradas pedras maiores do que D"8t deverão utili!ar guindaste#s& para sua colocação. Ha armadura interna" composta por pedras entre 2"Ft e F"8t em duas camadas" todas as pedras serão colocadas por guindaste#s&. Os custos unitários são os mesmos já apresentados" a saber: ,om os valores de custo unitário apresentados" o valor total para a e*ecução da estrutura seria de RS666.666.6660AA.
B. MEMWRI% DE CV:CU:O (efer0ncia: ,'>anual #4.8& e ,('CC #D.8.F&
B.1 P.2.2
'ue(ra)*ar Con,encional co* 9locos !e 7e!ra [(>=%1 A' <=ACOH
9eso das pedras no tronco:
9eso das pedras nos trechos de redu!ida profundidade #\ d W 4 breaGing Eaves&:
9eso das pedras nos cabeços #d W 28m&:
9eso das pedras nos cabeços #d W 24m&:
P.2.4
[(>=%1 A' 1H A'( >''(
9ara período de 28s #; m&" considerando que para ;sroJeto F0B* pode-se admitir algu* dano #C W F significa o início de danos ainda toleráveis @ p.4?F" 6,onceptual Aesign of (ubble >ound LreaGEaters7&
9ara período de 28s #; m&" considerando que para ;sroJeto F0* pode-se admitir *uito ouco dano #C W 5&
9ara período de 28s #; m&" e considerando que para
7eso !as e!ras nas se-4es !e re!u
P.2.5
,^%,=%O AO (=H-=9
6.
P.4.2
P.4.4
'ue(ra)*ar Con,encional co* Ele*entos !e Concreto "Core):oc $ [(>=%1 A1 9^Z+H1 A1 ,O('-%O, #HO(;< 1>'(+,1&
[(>=%1 AO ,'>1H=1%
;ronco #< projeto W
,abeço #< projeto W
;ronco #< projeto W <2R28 W D"Pm&:
,abeço #< projeto W <2R28 W D"Pm&:
B.F P.5.2
'ue(ra)*ar n+o)Con,encional e* 9er*a ('C<19+HZ L @ +A;< O L'(> '(OA'A
6.3.2
1' (=H-=9 OH C%O9+HZ C%O9'C #(2.2&
