Portos e Hidrovias-Engenharia Civil-2019-Tópico 02-Panorama

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CUFSA – Centro Universitário Fundação Santo André. 
FAENG – ENGENHARIA CIVIL. 
Disciplina: Portos e Hidrovias – Prof. Dr. Antonio Laercio Perecin, Eng. Civil. 
NOTAS DE AULA: Para uso interno do curso. 
Adaptado a partir das seguintes referências bibliográficas (A leitura dos originais é indispensável): 
ALFREDINI, Paolo; HARASAKI, Emília. Engenharia portuária. São Paulo: Blucher, 2014. 
BAPTISTA, Márcio; LARA, Márcia. Fundamentos de engenharia hidráulica. 3 ed. Belo Horizonte: UFMG, 
2010. 
BRIGHETTI, Giorgio. Retificação de cursos d’água. Texto da disciplina PHD 5023: Obras Fluviais. São Paulo: 
POLI-USP, s/d. Disponível em: <http://www.fcth.br/public/cursos/phd5023/meandros3.PDF> 
Acesso em: 17/06/2012. 
CHRISTOFOLETTI, Antônio. Geomorfologia fluvial. São Paulo: Blucher, 1981. 
FRACASSI, Gerardo. Proteção de rios com soluções Maccaferri. São Paulo: Oficina de Textos, 2017. 
QUEIROZ, Rudney C. Geologia e geotecnia básica para engenharia. São Paulo: Blucher, 2016. 
RIGHETTO, Antonio Marozzi. Hidrologia e recursos hídricos. São Carlos: EESC/USP, 1998. 
SANTOS, Sérgio Rocha. Navegação. In: REBOUÇAS, Aldo da Cunha; BRAGA, Benedito; TUNDISI, José 
Galizia. Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação. 3. Ed. São Paulo: Escrituras, 2006. 
SILVA, Antônio Nélson Rodrigues da. Portos e vias navegáveis. Notas de Aula. São Carlos: EESC/USP, 
2007. 
TELLES, Dirceu D’Alkmin; GÓIS, Josué Souza. Usos da água e suas características in: TELLES, Dirceu 
D’Alkmin (org.). Ciclo ambiental da água: da chuva à gestão. São Paulo: Blucher, 2013 
- Navegação interior e hidrovias. 
- A navegação interior sempre foi uma realidade no Brasil, principalmente nas bacias do Rio São Francisco e 
na Bacia do Rio Amazonas e seus afluentes. 
- Sempre teve importância também no Rio Grande do Sul. 
- Essa navegação, nos primeiros anos de após a chegada dos portugueses, foi responsável pela expansão 
de nosso território. 
- A navegação interior constitui um dos mais importantes modais de transporte de cargas, sendo verificada 
em todas as partes do mundo, em escalas distintas. 
- São estimados 450 mil quilômetros de vias navegáveis no mundo, sendo 190 mil considerados hidrovias. 
- Países como França, Bélgica, Holanda e Alemanha possuem grandes extensões de canais naturais e 
artificiais, com aproximadamente 26.500 𝑘𝑚 de hidrovias, interligando as bacias dos rios Ródano, Sena, 
Elba, Garone, Danúbio e Reno. 
- A necessidade de aumento das capacidades das embarcações para o transporte de cargas exigiu que 
problemas como a transposição de desníveis, largura e profundidades reduzidas, corredeiras e cachoeiras, 
fundos rochosos e bancos de areia, entre outros, fossem solucionados para efetivamente tornar o 
transporte aquaviário técnica e economicamente viável. 
- No caso brasileiro, vem se tornando muito demandado para o escoamento dos produtos do agronegócio 
no interior do país, para exportação. 
- Obras de regularização de vazões para a implantação de hidroelétricas nos Rios Tietê e Paraná levou ao 
surgimento de uma importante hidrovia denominada Tietê/Paraná. 
 
 
 
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Comboio de barcaças na hidrovia Tietê/Paraná. 
Fonte: Adaptado de SANTOS, 2006. 
 
- Fundamentos de hidráulica fluvial. 
- Noções de geomorfologia fluvial: 
- A conformação dos sistemas fluviais, em termos de seção transversal e perfil longitudinal e da ocorrência 
de formas topográficas específicas, está profundamente ligada aos processos de transporte e disposição de 
sedimentos. 
- O conjunto de processos relativos ao transporte e disposição de sedimentos está ligado à distribuição das 
velocidades no canal fluvial, conforme visto em disciplinas anteriores, onde se constata o aumento da 
velocidade das margens para o centro e do fundo para a superfície. 
- As condições de escoamento em curvas e nas planícies de inundação apresentam particularidades 
importantes. 
- No escoamento em curvas observa-se a ocorrência de correntes secundárias decorrentes de um fluxo em 
espiral, como pode ser observado na figura a seguir, acarretando maiores velocidades na borda externa e 
menores velocidades na borda interna das curvas. 
 
 
Escoamento em curva. 
Fonte: BAPTISTA; LARA, 2010. 
 
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- Pode-se afirmar, de maneira geral, que não existem cursos d’água naturais retilíneos mas sim 
meandrados (meândricos), isto é, o rio procura o seu equilíbrio, que também é dinâmico, aumentando a 
extensão, erodindo, depositando e diminuindo, consequentemente, a sua declividade longitudinal. 
- O curso d’água retilíneo é instável. 
- Veja um exemplo de curso de água natural na figura a seguir. 
 
 
Trecho meândrico do Rio Tocantins. 
Fonte: BRIGHETTI, s/d. 
 
- Os alongamentos de traçado devido aos meandros podem ser consideráveis, resultando em acréscimos 
frequentes de 10 a 20% no comprimento, podendo, em alguns casos, ultrapassar os 100% em rios 
excessivamente “serpenteados”. 
- A natureza oferece facilidades para que um curso d’água mude de direção: disposição geológica local, 
sedimentos, acidentes geológicos, acidentes naturais, como queda de árvores, desbarrancamentos, ou 
artificiais, com a intervenção humana. 
- O mecanismo de formação do meandro compreende a capacidade de erodir, transportar e depositar 
material do meio fluvial, especialmente em curvas onde o gradiente de velocidade, aliado à conformação 
física e geológica do leito, causa correntes secundárias com movimento rotacional contra as margens, 
originando processos erosivos e de deposição (o material é erodido da parte côncava, externa, 
transportado para jusante e depositado na parte convexa, interna). 
 
 
Região de curvas em cursos d’água. 
Fonte: BRIGHETTI, s/d. 
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- Nas curvas a linha d’água não é horizontal devido à força centrifuga, mas vale informar que diferença de 
nível é pequena. Veja na figura a seguir. 
 
 
Linhas de fluxo na curva fluvial. 
Fonte: BRIGHETTI, s/d. 
 
- A seção transversal do rio em curvas, em geral, é triangular, com a profundidade maior junto à margem 
côncava. 
 
 
Processo de erosão e deposição nas curvas fluviais. 
Fonte: BRIGHETTI, s/d. 
 
- No caso de transbordamento do curso de água para a planície de inundação, a ocorrência de materiais 
distintos ao longo do perímetro molhado, com uma variação sensível da rugosidade (valores elevados do 
coeficiente de rugosidade “n” na planíce de inundação), e a alteração abrupta dos parâmetros geométricos 
da seção, notadamente o perímetro molhado, conduz a velocidades significativamente diferentes nos dois 
corpos de água – canal fluvial e planície de inundação (ver a figura anterior: Região de curvas em cursos 
d’água). 
- Ocorrem processos de transferência de energia e massa entre eles, que refletem em alterações na forma 
dos rios, com componentes distintos conforme o estágio de extravasão ou retorno das águas ao leito 
principal. 
- O conjunto dos aspectos topográficos, geológicos, pedológicos, climáticos e hidrológicos inerentes à bacia 
bacia hidrográfica, em combinação com os processos modeladores da calha fluvial, associados às 
características do escoamento, atribuem, portanto, um carater extremamente dinâmico à configuração do 
canal fluvial, tanto no espaço como ao longo do tempo. 
- Assim, nesta introdução à hidráulica fluvial serão tratados alguns aspectos da morfologia fluvial em escala 
local – leitos e seções – e em escala de trecho, de forma a permitir a compreensão, ainda que de forma 
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fluvial. 
- A evolução de curvas meândricas pode ser esquematizada na figura a seguir e mostra o mecanismo de 
meandramento, com estágios de desenvolvimento do processo. 
 
 
Processo de formação de meandros fluviais. 
Fonte: Adaptado de QUEIROZ, 2016. 
 
- Uma animação do processo de formação de meandros fluviais está disponível no seguinte endereço da 
Internet: 
http://www.cleo.net.uk/resources/displayframe.php?src=309/consultants_resources%2F_files%2Fmeande
r4.swf 
Acesso em: 17/05/2012. 
 
- Transporte de sedimentos – Ciclo hidrossedimentológico. 
 
- O desprendimento de partículas sólidas de um meio do qual fazem parte, seja o leito fluvial ou a 
superfície da bacia, sob efeito de uma gama de fatores naturais ou antrópicos (ação humana), é 
denominado de desagregação. 
- Quando as forças hidrodinâmicas exercidas pelo escoamento sobre as partículas desagregadas 
ultrapassam a resistência por elas oferecida, ocorre o seu deslocamento, denominando-se erosão. 
- O processo de movimentação do material erodido no canal fluvial, é denominado genericamente de 
transporte sólido. 
- O transporte sólido pode se dar, essencialmente, de três formas distintas: 
- Descarga de fundo ou descarga de arraste – é o processo no qual as partículas mais pesadas 
deslocam-se junto ao fundo, por rolamento, deslizamento ou saltação. 
- Descarga em suspensão – é o caso das partículas mais leves que são transportadas ao longo de 
todo o fluido em escamento. 
- Transporte em solução – é a forma menos importante, em termos de morfologia fluvial, com o 
material sólido em solução. 
- A proporção entre as duas formas de transporte de sedimentos importantes em morfologia fluvial é 
bastante variável, de acordo com as características do curso de água, dos sedimentos e do regime 
hidrológico. 
- De forma bastante grosseira, constata-se que a descarga em suspensão é predominantemente maior do 
que a de fundo, chegando a transportar de 90% 𝑎 95% da carga sólida dos rios. 
- Apesar de representar um menor volume transportado, a descarga de fundo apresenta maior 
repercussão na morfologia fluvial. 
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- A forma de transporte de sedimentos depende das características do fluxo, ou seja, das forças 
hidrodinâmicas presentes, e das características físicas das partículas, notadamente das velocidades de 
queda. 
- Em função destas condições, pode ocorrer a sedimentação, que corresponde ao processo de deposição 
das partículas no fundo pela ação da gravidade. 
- A deposição e a consolidação são os processos que seguem e correspondem à acumulação do material 
sobre o fundo e sua compactação devido ao peso próprio. 
- A variação das características do fluxo, segundo as diferentes condições hidrológicas e morfológicas 
inerentes ao canal natural, implica o caráter bastante dinâmico destes processos, tanto em termos 
espaciais como temporais. 
- A quantidade de sedimentos que é transportada no curso de água forma uma onda que acompanha, de 
forma geral, a onda de cheia. 
- Da mesma forma, locais de deposição podem suceder locais de desagregação, e vice-versa, podendo 
ocorrer inversões do processo conforme as vazões em trânsito. 
- Ocorre uma tendência para uma condição de equilíbrio próprio, de estabilidade, conforme a carga sólida 
transportada. 
- Se a carga sólida possui uma tendência à deposição, ocorrerá a denominada agradação do leito fluvial. 
- Caso contrário, se houver uma tendência à erosão, o rio responde com a degradação do leito fluvial. 
 
- Equilíbrio do fundo. 
- O leito de um curso de água está em equilíbrio quando o nível do fundo se mantém inalterado. 
- O equilíbrio pode ser entendido com a balança de Lane. Ver a figura a seguir. 
 
 
Balança de Lane 
Fonte: Adaptado de FRACASSI, 2017. 
 
- Os quatro fatores mais importantes estão contidos na expressão: 
 
𝑄𝑠 × 𝐷 ∝ 𝑄 × 𝐼 
Onde: 
𝑄𝑠 = Vazão de sólidos no fundo (vazão sólida unitária). 
𝐷 = Diâmetro médio das partículas do sedimento. 
𝑄 = Vazão líquida (a vazão unitária). 
𝐼 = Declividade do leito do rio. 
 
- A balança de Lane é uma analogia que explica o conceito de equilíbrio do fundo de um rio. 
- O fundo está em equilíbrio na presença de transporte de sedimentos, em suspensão e no fundo, quando 
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permanece inalterada sua cota. 
- O deslocamento do fiel (medidor) da balança pode se causado por acréscimo de peso (aumento das 
vazões) ou diminuição de peso (redução das vazões), por um acréscimo no braço (aumento da declividade 
e/ou do tamanho dos sedimentos) ou diminuição no braço (redução da declividade e/ou do tamanho dos 
sedimentos), e indica que ocorre a erosão ou sedimentação, respectivamente. 
- Para cada problema específico, devem ser avaliados quais parâmetros da balança têm causado o 
desequilíbrio e quais podem ser redefinidos para o fiel voltar à posição vertical de equilíbrio. 
- Quando as vazões líquidas e sólidas de um rio não estiverem equilibradas, haverá um excesso ou uma 
deficiência de transporte de fundo, respectivamente, e, em consequência, ocorrerá sedimentação ou 
erosão. 
- Quando existe desequilíbrio da vazão, o fundo evolui para uma nova situação de equilíbrio mudando sua 
inclinação. 
- Um exemplo disso seria um desiquilíbrio em que se tem muita água e poucos sólidos, onde se daria então 
uma erosão do fundo que mudaria a declividade até chegar a uma declividade inferior. 
- Finalmente, note-se que o equilíbrio depende também do tamanho do sedimento, porque, para a mesma 
vazão líquida e sólida, a declividade de equilíbrio será maior quanto mais grosso for o sedimento. 
 
- Exemplo de aplicação para a compreensão das condições de equilíbrio morfológico de um rio: 
 
- Análise das alterações de um curso de água natural devido à retificação. 
- Essa solução é normalmente empregada para a eliminação de meandros. 
 
 
Representação da retificação para eliminação de meandro em um rio. 
Fonte: Adaptado de BAPTISTA; LARA, 2010. 
 
- Conforme a figura acima, no trecho retificado há uma redução do comprimento do trecho, implicando em 
um aumento da declividade do leito do rio. 
- Esse fato implica em aumento da declividade do leito do rio, acarretando a elevação da velocidade de 
escoamento, podendo levar à erosão nas margens e no fundo do curso de água. 
- Considerando inalterada a vazão do rio e o diâmetro médio do material do leito, conforme a proporção 
apresentada acima, com o aumento da declividade haverá um acréscimo da vazão sólida nesse trecho. 
- Como a jusante do trecho retificado permanece com a declividade original, ele não tem capacidade 
suficiente para transportar a totalidade da nova vazão sólida, ficando parte deste sedimento aí depositado. 
- Ocorre um processo de degradação do leito no trecho retificado e um processo de agradação a jusante. 
 
 
 
 
 
 
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- Exercício extraclasse. 
 
1 – Descreva de forma pormenorizada o mecanismo de formação de meandros, principalmente a 
movimento de material sólido. 
2 – Descreva pormenorizadamente o processo de transporte de sedimentos e do ciclo 
hidrossedimentológico. 
3 – Fale sobre a eliminação de meandros e retificação de rios. 
4 – Informe o que é a balança de Lane e explique em detalhes como ela se aplica. 
5 – Explique os processos que ocorrem ao retificarmos um rio.