AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE DRAGAGEM POR INJEÇÃO DE ÁGUA
EM ESTUÁRIOS
Carlos Roberto Lips Soares
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL
DO
RIO
DE
JANEIRO
COMO
PARTE
DOS
REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM
ENGENHARIA OCEÂNICA.
Aprovada por:
_____________________________________________
Profª. Susana Beatriz Vinzon, D.Sc.
_____________________________________________
Prof. Afonso de Moraes Paiva, Ph.D.
_____________________________________________
Prof. Gilberto Olympio Mota Fialho, D.Sc.
_____________________________________________
Prof. José Carlos César Amorim, D.Ing.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO DE 2006
SOARES, CARLOS ROBERTO LIPS
Avaliação do Processo de Dragagem por
Injeção de Água em Estuários [Rio de Janeiro]
2006
XXI, 126 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,
Engenharia Oceânica, 2006)
Dissertação – Universidade Federal do Rio
de Janeiro, COPPE
1. Dragagem por Injeção de Água – WID
2. Processos de Dragagem
3. Dragagem em Leitos Contaminados
4. Detalhamento dos Equipamentos – WID
5. Comparação dos Métodos de Dragagem
6. Análise dos Processos Hidrodinâmicos
7. Discussão da Dragagem no Porto de Itajaí
I. COPPE/UFRJ
II. Título ( série)
ii
DEDICATÓRIA
A minha esposa Rosangela pelo companheirismo e grande incentivo nos
momentos mais difíceis que passei durante esta jornada.
As minhas filhas Andrea e Aline tão importantes para o equilíbrio da minha
vida.
Aos meus pais e irmã pela ajuda e compreensão devido a minha ausência
durante o período que se desenvolveu este estudo.
iii
AGRADECIMENTOS
A Professora Susana Beatriz Vinzon pela sua orientação, paciência e
dedicação que propiciaram a conclusão deste trabalho.
Aos Professores Afonso Paes e Gilberto Fialho por aceitarem em compor a
Banca examinadora deste trabalho.
Ao Professor do IME, José Carlos César Amorim por aceitar o convite para
compor a Banca examinadora deste trabalho, como convidado externo.
Ao corpo docente do Programa de Engenharia Oceânica, por sua capacidade
intelectual e empenho para manter o elevado nível de seus ensinamentos.
Aos funcionários do PEnO e da Engenharia Costeira, em especial as
Secretárias Gleice e Marise e os funcionários lotados no sistema de processamento de
dados, pelos seus grandes préstimos e constante paciência para ajudar os discentes.
Ao corpo discente das turmas de 2003 e 2004 do Programa de Engenharia
Oceânica da Engenharia Costeira que sempre me auxiliaram e compartilharam os
melhores momentos dos nossos, respectivos, anos letivos.
Ao INPH da CDRJ pela gentileza em ceder alguns relatórios que ajudaram no
desenvolvimento deste trabalho.
Ao DIDEHU da CDRJ que sempre colocou a disposição o seu arquivo técnico
para as consultas necessárias.
Aos meus familiares por afinidade e consangüíneos pelo constante apoio
emocional durante o período deste curso.
À Universidade do Vale do Itajaí através do Professor Schettini, Rodrigo e
Carla por suas excelentes condutas profissionais para dar o apoio técnico necessário
durante a campanha de medições na dragagem do Porto de Itajaí.
iv
Aos Engenheiros Rodrigo e Raphael, da turma de M.Sc. de 2004, que muito
me ensinaram e auxiliaram nas medições da campanha de campo realizada durante a
dragagem do Porto de Itajaí.
Ao Diretor Superintendente da Ballast Ham no Brasil, Engº Eduardo Figueiredo
por sua cordialidade em disponibilizar toda ajuda necessária para o acompanhamento
da operação de dragagem no Porto de Itajaí.
À Diretoria da CDRJ por permitir o meu afastamento do trabalho, nos
momentos necessários, para concluir este curso.
Aos colegas de trabalho da CDRJ, principalmente: Adão, Amaral, Lia Mara,
Machado, Maiolino e Romeu que estiveram sempre me motivando e ajudando em
todas as ocasiões, principalmente, durante o período transcorrido neste curso.
v
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE DRAGAGEM POR INJEÇÃO DE ÁGUA
EM ESTUÁRIOS
Carlos Roberto Lips Soares
Março/2006
Orientadora: Professora Susana Beatriz Vinzon (D.Sc.)
Programa: Engenharia Oceânica
Dentro da dragagem hidrodinâmica foi desenvolvido um novo processo
aplicado à dragagem de manutenção denominado de dragagem por injeção de água,
conhecido pela sigla WID. Neste método o deslocamento do material dragado, até a
sua disposição final, depende das correntes naturais e artificiais induzidas na coluna
de água do fluido, sendo a geração de correntes de densidade uma das importantes
características desta metodologia.
Este trabalho descreve os principais tipos de dragagem mais
empregados na atualidade e os equipamentos utilizados no processo de dragagem por
injeção de água, incluindo sua interferência em relação à biota local e a presença de
contaminantes no leito. Os forçantes hidrodinâmicos que interferem com o processo
WID são citados e a pluma de sedimentos induzida junto ao fundo é avaliada através
do número de Froude densimétrico. Com a finalidade de observar as características da
hidrodinâmica num ambiente onde está se utilizando esta metodologia foi realizada
uma campanha de medições, durante uma operação de dragagem no Porto de Itajaí,
no estuário do Rio Itajaí-Açú, sendo registrados os perfis de velocidade, salinidade e
turbidez, em um ciclo de maré. Foram identificados os principais aspectos positivos e
negativos inerentes a esta nova tecnologia, além da comparação operacional entre os
métodos de dragagem convencionais e o processo de Dragagem por Injeção de Água.
vi
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
AVALIATION OF THE PROCESS OF WATER INJECTION DREDGIND
IN ESTUARIES
Carlos Roberto Lips Soares
March/2006
Advisor: Professor Susana Beatriz Vinzon (D.Sc.)
Department: Ocean Engineering
Among hydrodynamic dredging processes, a new method is being
applied for maintenance dredging, called water injection dredging, WID. In this method
the dredging material is moved, until final deposit, by artificial and natural currents in
the fluid water’s column and being the generation of the density currents an important
characteristic to this methodology.
This work describes the method and the equipments required for the
water injection dredging process, as well as the principal types of dredging currently
used at this moment. A brief analysis of the water injection dredging is presented,
including its interference with the local biotic and contaminated materials in the bed.
The estuarine hydrodynamic, which may interfere with the WID process, is described,
and considerations about the formation of a turbidity current and its relation with the
densimetric Froude number is assessed. To address the main hydrodynamic
characteristics of a case study, a field campaign was accomplished, which covered a
tidal cycle, with a short period during a dredging operation in Itajaí Harbor, in the
estuary of Itajaí-Açú River. Velocity, salinity and turbidity profiles were measured,
during a tidal cycle. The mainly negative and positive aspects concerning to this new
technology are addressed in this work, including a comparison between conventional
dredging methods and the process of Water Injection Dredging.
vii
ÍNDICE DO TEXTO
I – INTRODUÇÃO...........................................................................................................1
I.1 – OBJETIVOS.....................................................................................................2
I.2 – ESTRUTURA DO TEXTO................................................................................3
II – CARACTERIZAÇÃO DOS MÉTODOS DE DRAGAGEM........................................4
II.1 – HISTÓRICO E EVOLUÇÃO DA DRAGAGEM................................................4
II.2 – TIPOS DE OPERAÇÃO DE DRAGAGEM......................................................5
II.2.1 – Dragagem de Aprofundamento ou Inicial............................................5
II.2.2 – Dragagem de Manutenção..................................................................6
II.2.3 – Dragagem de Mineração.....................................................................6
II.2.4 – Dragagem Ambiental ou Ecológica................ ...................................7
II.2.5 – Dragagens Especiais...........................................................................7
II.2.6 – Dragagens Naturais ou Erosão...........................................................8
II.2.7 – Dragagens para Aterros Hidráulicos....................................................8
II.3 – CASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE DRAGAGEM.................................9
II.3.1 – Processos Mecânicos de Dragagem.................................................10
II.3.2 – Processos Hidráulicos de Dragagem................................................12
II.3.3 – Processos Mistos de Dragagem........................................................14
II.3.4 – Processos Pneumáticos de Dragagem.............................................15
II.3.5 – Processos Hidrodinâmicos de Dragagem.........................................16
II.3.5.1 – Metodologia do Processo Hidrodinâmico...........................17
II.3.5.2 – Tipos de Dragagens Hidrodinâmicas..................................18
A – Dragagem por Agitação................................................19
B – Dragagem por Erosão...................................................19
C – Dragagem por Elevação...............................................20
D – Dragagem por Injeção – “WID”.....................................21
II.4 – DRAGAGEM NO PORTO DE ITAJAÍ............................................................23
II.4.1 – Especificações do Porto de Itajaí......................................................23
II.4.1.1 – Histórico..............................................................................23
II.4.1.2 – Localização do Porto..........................................................24
II.4.1.3 – Acessos às Instalações Portuárias.....................................26
II.4.1.4 – Principais Características Portuárias..................................28
viii
II.4.2 – Detalhes da Dragagem no Porto de Itajaí........................................31
II.4.2.1 – Tipos de Materiais encontrados no Leito...........................31
II.4.2.2 – Processos de Dragagem utilizados pelo Porto..................31
II.4.2.3 – Licitações de Dragagem para o Ano de 2005....................35
III – DRAGAGEM POR INJEÇÃO DE ÁGUA – WID....................................................36
III.1 – ANÁLISE DO PROCESSO DE DRAGAGEM...............................................36
III.1.1 – Histórico da Dragagem por Injeção de Água...................................36
III.1.2 – Operação da Dragagem por Injeção de Água.................................37
III.2 – MONITORAMENTO.....................................................................................39
III.3 – INTERFERÊNCIA DA DRAGAGEM NA BIOTA LOCAL..............................40
III.4 – DRAGAGEM EM LEITOS COM MATERIAIS CONTAMINADOS................42
III.5 – EQUIPAMENTOS DE DRAGAGEM – WID..................................................50
III.5.1 – Configuração e Seleção dos Equipamentos....................................50
III.5.2 – Detalhamento dos Equipamentos....................................................53
III.5.3 – Relação das Principais Dragas de Injeção de Água.......................56
III.5.4 – Versatilidade Operacional dos Equipamentos.................................57
III.6 – DADOS OPERACIONAIS DE DRAGAGEM................................................58
III.7 – PARÂMETROS OPERACIONAIS DE DRAGAGEM....................................59
III.8 – DIAGRAMA EM BLOCOS DO MÉTODO POR INJEÇÃO DE ÁGUA..........60
IV – ANÁLISE COMPARATIVA DOS PRINCIPAIS MÉTODOS DE DRAGAGEM......63
IV.1 – DRAGAS DE ALCATRUZES.......................................................................63
IV.2 – DRAGAS AUTOTRANSPORTADORAS......................................................67
IV.3 – DRAGAS DE SUCÇÃO E RECALQUE.......................................................69
IV.4 – DRAGAS DE INJEÇÃO DE ÁGUA – WID...................................................71
IV.5 – TABELA COMPARATIVA DOS MÉTODOS................................................72
V – ANÁLISE DO PROCESSO HIDRODINÂMICO NA METODOLOGIA WID...........74
V.1 – CORRENTE DE DENSIDADE......................................................................74
V.2 – CORRENTES NATURAIS............................................................................81
V.3 – HIDRODINÂMICA NO ESTUÁRIO DO RIO ITJAÍ-AÇÚ..............................83
V.4 – ESTUDO DE CASO – DRAGAGEM NO PORTO DE ITAJAÍ......................85
V.4.1 – Campanha de Medições..................................................................85
V.4.1.1 – Metodologia de Coleta.....................................................85
ix
V.4.1.2 – Metodologia de Análise....................................................87
V.4.2 – Instrumentação.................................................................................87
V.4.3 – Análise dos Dados...........................................................................89
V.5 – REGISTROS DE DADOS DA HIDRODINÂMICA LOCAL...........................90
V.5.1 – Registros de Dados das Marés Astronômicas.................................90
V.5.2 – Determinação dos Valores Médios..................................................91
V.5.3 – Velocidades Projetadas no Eixo do Canal.......................................93
V.5.4 – Representação Gráfica dos Principais Parâmetros.........................94
V.5.5 – Análise das Amostras.....................................................................102
V.5.6 – Concentração dos Sedimentos na Coluna de Água......................102
VI – DISCUSSÃO DAS CONDIÇÕES DE DRAGAGEM NO PORTO DE ITAJAÍ.....106
VI.1 – INTRODUÇÃO..........................................................................................106
VI.2 – TRAJETÓRIA DOS SEDIMENTOS RESSUSPENSOS...........................106
VI.3 – INTERFERÊNCIAS NA OPERAÇÃO DE DRAGAGEM...........................107
VI.4 – PERIODICIDADE DAS BATIMETRIAS....................................................108
VI.5 – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS..........................................108
VII – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES.............................................................110
VII.1 – CONCLUSÕES........................................................................................110
VII.2 – RECOMENDAÇÕES................................................................................113
REFERÊNCIAS...........................................................................................................115
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura II.1 – Ilustração de uma draga dotada com o sistema “SPLIT” que caracteriza a
abertura longitudinal da cisterna para despejo do material dragado. Fonte:
Bandeirantes........................................................................................................8
Figura II.2 – Ilustração de uma draga hidráulica recalcando sedimentos para
restauração de uma área costeira. Fonte: Bandeirantes Dragagem...................9
Figura II.3 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de alcatruzes
mostrando o conjunto de caçambas que atuam continuadamente na remoção
do material de fundo. Fonte: Sítio eletrônico www.ihc.holland.com..................10
Figura II.4 – Ilustração do esquema operacional de uma draga retroescavadeira
mostrando o carregamento de uma barcaça e seu sistema de posicionamento
no fundo, através de dois charutos de fixação do flutuante. Fonte: Góes Filho,
2004...................................................................................................................11
Figura II.5 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de caçamba (ClamShell) mostrando o guindaste responsável pela movimentação da caçamba e
os cabos presos ao flutuante que possibilitam o ciclo de corte de dragagem.
Fonte: Góes Filho, 2004....................................................................................11
Figura II.6 – Ilustração do esquema operacional de uma draga autotransportadora
mostrando a atuação das duas bocas e dois tubos de sucção durante a
dragagem, dispostos em cada lado da embarcação. Fonte: Sítio eletrônico
www.lhcholland.com..........................................................................................12
Figura II.7 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de sucção e recalque
atuando com um desagregador na ponta da lança de dragagem mostrando as
âncoras de arinque que permitem o movimento lateral e, juntamente com os
charutos de fixação, propiciam o ciclo de corte de dragagem do equipamento.
Fonte: www.ihcholland.com...............................................................................13
Figura II.8 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de sucção com roda de
caçambas na ponta da lança de dragagem, mostrando as âncoras de arinque
que, juntamente com os charutos, são responsáveis pelo ciclo de corte de
dragagem. Fonte: www.ihcholland.com.............................................................14
Figura II.9 – Ilustração do esquema operacional de uma draga pneumática mostrando
a linha de recalque e o equipamento de sucção pneumático em contato com o
leito. Fonte: Sítio eletrônico www.pneuma.it......................................................15
xi
Figura II.10 – Ilustração de um dos processos de dragagem hidrodinâmica mostrando
a atuação de uma estrutura sólida no leito aquático gerando uma pluma de
sedimentos que é carreada para além do sítio de dragagem pela atuação de
forçantes hidrodinâmicos presentes no fluido. Fonte: Martins (1974)...............16
Figura II.11 – Ilustração dos quatro principais processos de dragagem hidrodinâmica –
Injeção, Agitação, Erosão e Elevação. Relatório SEBA 99/12/info.1-E.............19
Figura II.12 – Ilustração de uma draga autotransportadora apresentando o lançamento
de sedimentos na superfície do fluido através do vertedor (overflow). Fonte:
Sítio www.vanoord.com.....................................................................................21
Figura II.13 – Ilustração do processo de dragagem por injeção de água, mostrando os
parâmetros necessários para induzir a formação da corrente de densidade.
Fonte: ThamesWeb – Maintenance Dredging...................................................22
Figura II.14 – Ilustração da localização do Porto de Itajaí no litoral de Santa
Catarina.............................................................................................................24
Figura II.15 – Ilustração do início do canal interno de acesso ao Porto de Itajaí
mostrando a entrada da barra. Fonte: Sítio www.portodeitajai.com.br..............26
Figura II.16 – Ilustração do Porto de Itajaí e seu canal de acesso até a sua foz. Fonte:
Sítio eletrônico www.portodeitajai.com.br..........................................................27
Figura II.17 – Ilustração do Porto de Itajaí, ressaltando os meandros do Rio Itajaí-Açú.
Fonte: Sítio eletrônico www.portodeitajai.com.br...............................................27
Figura II.18 – Ilustração dos berços de atracação do Porto de Itajaí mostrando parte da
bacia de evolução. Fonte: Sítio www.portodeitajai.com.br................................28
Figura II.19 – Ilustração da geografia do Porto de Itajaí, em laranja a área destinada à
expansão do Terminal de Contêineres – TECONVI. Fonte: Sítio eletrônico do
Porto de Itajaí www.portodeitajai.com.br...........................................................29
Figura II.20 – Ilustração do posicionamento dos berços de atracação e das instalações
atuais do Porto de Itajaí. Fonte: Sítio www.portodeitajai.com.br.......................30
Figura II.21 – Ilustração das expansões futuras do Porto de Itajaí, previstas para
ampliação dos berços de atracação e das retroáreas. Fonte: Sítio eletrônico
www.portodeitajai.com.br...................................................................................30
Figura II.22 – Ilustração de parte da Carta Náutica 1801 mostrando as áreas de
dragagem do Porto de Itajaí – berços, bacia de evolução, canal interno e canal
externo. Fonte: Sítio eletrônico do Porto de Itajaí www.portoitajai.com.br........33
Figura III.1 – Ilustração da demonstração do processo de dragagem por injeção de
água Fonte: Sítio eletrônico www.portodeitajai.com.br......................................38
xii
Figura III.2 – Ilustração da formação da corrente de densidade através do processo de
dragagem por injeção de água. Fonte: Winterwerp et al...................................38
Figura III.3 – Ilustração da “Área Confinada na Superfície” para materiais
contaminados, sem capeamento. Fonte: Sítio www.portofrotterdam.com........45
Figura
III.4
–
Ilustração
da
“Área
Confinada
Subaquática”
para
materiais
contaminados, com capeamento.......................................................................46
Figura III.5 – Ilustração do arranjo geral de uma draga de injeção de água, de pequeno
porte, com propulsão própria. Fonte: Sítio eletrônico www.musing.nl...............52
Figura III.6 – Ilustração e detalhamento de uma draga de injeção de água
propelida............................................................................................................53
Figura III.7 – Ilustração de uma draga de injeção de água não propelida e de pequeno
porte. Fonte: Sítio eletrônico www.vanoord.com...............................................54
Figura III.8 – Ilustração e arranjo geral da draga de injeção de água propelida, de
grande porte. Fonte: Sítio eletrônico www.vanoord.com...................................55
Figura III.9 – Ilustração do quadro contendo as principais características da draga
ANTAREJA. Fonte: Sítio eletrônico www.vanoord.com.br................................56
Figura III.10 – Ilustração mostrando o diagrama em blocos cujo detalhamento
considera as características básicas da operação de dragagem por injeção de
água – WID........................................................................................................62
Figura V.1 – Ilustração do diagrama esquemático mostrando a formação da corrente
de densidade em um ambiente aquático, através da diferença de densidade
entre a pluma de sedimentos localizada no fundo e o fluido ambiente. Fonte:
Garcia, 1993......................................................................................................76
Figura V.2 – Ilustração de uma simulação da propagação da corrente de densidade
junto ao leito do corpo aquático. (T. Maxworthy, J. Leilich, J.E. Simpson e E.H.
Meiburg).............................................................................................................77
Figura V.3 – Ilustração da Corrente de Gravidade – U1, menos densa, interagindo com
a Corrente de Gravidade – U2, mais densa.......................................................78
Figura V.4 – Ilustração parcial da Carta Náutica 1801 – visão do Porto de Itajaí, do
Estuário do Rio Itajaí-Açú e do registro das coordenadas de campanha onde
foram coletados os dados de campo, onde foram coletados os dados de
campo................................................................................................................86
Figura V.5 – Ilustração mostrando o “ângulo de projeção das velocidades resultantes”
em relação ao eixo principal do canal do Porto de Itajaí...................................93
xiii
Figura V.6 – Ilustração mostrando o monitoramento utilizado na campanha de
medições no canal de acesso ao Porto de Itajaí.............................................104
xiv
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico V.1 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 07:30h.........................96
Gráfico V.2 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 09:40h......................97
Gráfico V.3 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 10:10h......................97
Gráfico V.4 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 10:40h......................97
Gráfico V.5 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
longitudinalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 11:10h......................98
Gráfico V.6 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 12:40h......................98
Gráfico V.7 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 13:00h......................98
Gráfico V.8 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 13:40h......................99
Gráfico V.9 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Preamar às 14:10h..................................99
Gráfico V.10 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 15:00h......................99
Gráfico V.11 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 15:40h....................100
Gráfico V.12 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 16:50h....................100
Gráfico V.13 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:35h....................100
Gráfico V.14 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:56h(1)...............101
Gráfico V.15 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:56h(2)...............101
Gráfico V.16 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente
e transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:56h(3)...............101
xv
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela II.1 – Relação dos processos de dragagem já utilizados no Porto de Itajaí......31
Tabela II.2 – Demonstração da situação do edital para Dragagem no Porto de Itajaí.
Fonte: Sítio www.transportes.gov.br..................................................................35
Tabela III.1 – Sumário das atividades iniciais de monitoramento para o processo de
dragagem por injeção de água. Fonte: Dredging Research – Technical Note – 3
– 10, 1993..........................................................................................................40
Tabela III.2 – Relação dos equipamentos de dragagem por injeção de água da
empresa holandesa Van Oord, em operação em vários países. Fonte: Sítio
www.vanoord.com.............................................................................................56
Tabela III.3 – Registros dos principais parâmetros obtidos durante a operação de
dragagem por injeção de água no Rio Mississipi – EUA. Fontes: Dredging’ 94,
1994 e Sítio eletrônico www.vanoord.com.........................................................58
Tabela IV.1 – Comparação das taxas de produção dos processos de dragagem
convencionais,
representados
pelas
dragas
de
alcatruzes
e
autotransportadoras, com os processos hidrodinâmicos, representados pela
draga por injeção de água.................................................................................73
Tabela V.1 – Valores dos números adimensionais: Froude densimétrico, Richardson e
Reynolds, calculados para a corrente de densidade, a partir do conceito de
similaridade de escoamentos naturais simulados em laboratórios e com os
dados obtidos em campanhas de medição do processo WID...........................80
Tabela V.2 – Registro da Tábua de Marés do dia 9 de março de 2005, no Porto de
Itajaí. Fonte: Tábua de Marés da Diretoria de Hidrografia e Navegação – DHN
da MB.................................................................................................................90
Tabela V.3 – Relaciona os nomes dos arquivos com os respectivos horários das
incursões, para coleta de dados da Campanha de Medições, incluindo as
condições da maré astronômica no Porto de Itajaí e a situação operacional dos
equipamentos de dragagem..............................................................................92
Tabela V.4 – Indicação da direção convencionada das velocidades médias em relação
à coluna de água...............................................................................................95
Tabela V.5 – Registros dos resultados obtidos das amostras recolhidas da coluna de
água durante a campanha de medições no canal de acesso ao Porto de Itajaí,
no dia 9 de março de 2005..............................................................................105
xvi
LISTAGEM DE ABREVIATURAS
A=
Amostra
a.C. =
Período da história antes do nascimento de Cristo
ADV =
Acoustic Doppler Vector – Medidor de Correntes
AL =
Draga de Alcatruzes
ALUMAR =
Alumínio do Maranhão
AMFRI =
Associação dos Municípios da Foz do Rio Itajaí-Açú
ATM =
Draga Autotransportadora de Médio porte
B1 =
Berço de atracação nº 1
B2 =
Berço de atracação nº 2
B3 =
Berço de atracação nº 3
B4 =
Berço de atracação nº 4
BVQI/in Metro =
Bureau Veritas Quality International / Nacional
BVQI/RVA =
Bureau Veritas Quality International / Internacional
C=
Concentração de sedimentos no fluido
CEDA =
Central Dredging Association
CODESP =
Companhia Docas do Estado de São Paulo
COPPE =
Instituto Luiz Alberto Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia
COSIPA =
Companhia Siderúrgica Paulista
CTD =
Condutividade – Condutivímetro
CVRD =
Companhia Vale do Rio Doce
CS =
Clam-Shell – Draga de Caçamba
d.C. =
Período da história depois do nascimento de Cristo
DELFT =
Universidade Holandesa especializada em Hidrodinâmica
DHN =
Diretoria de Hidrografia e Navegação
DNIT =
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
DRP =
Dredging Research Program
E=
Ponto Cardeal Leste
EADI =
Estação Aduaneira de Itajaí
ebb-WID =
Dragagem por Injeção de Água no período da maré vazando
EIA =
Estudo de Impacto Ambiental
EPA =
Enviromental Protection Agency
F+A =
Filtro + Amostra
FOSFERTIL =
Fertilizantes Fosfatados S/A
xvii
GPS =
Global Position System
HOM =
Horas de Operação no Mês
HPA =
Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos
IBAMA =
Inst. Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
INPH =
Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias – atual IPH/CDRJ
ISSO =
International Standard Organization
LD =
Linha d‘água
LDSC =
Laboratório de Dinâmica de Sedimentos Coesivos
LISST =
Laser In-Situ Scattering and Transmissometry
MB =
Marinha do Brasil
N=
Ponto Cardeal Norte
NNE =
Ponto Cardeal Norte-Nordeste
N.Seq. =
Número da seqüência
OBS =
Sensor de Medição da Turbidez
OSPAR =
Operational and Strategic Planning and Research
P+A =
Prato + Amostra
PAH =
Poly Aromatic Hydrocarbons
PC =
Personal Computer
PEnO =
Programa de Engenharia Oceânica
PORTOBRAS =
Empresa de Portos do Brasil
Pot. =
Potência
Rel =
Relação
RIMA =
Relatório de Impacto do Meio Ambiente
RO-RO =
Navios que possui acesso por rampas laterais ou de popa
S=
Ponto Cardeal Sul
SEBA =
Sea-Based Activities
SR =
Draga de Sucção e Recalque
SSW =
Ponto Cardeal Sul-Sudoeste
T=
Turbidez
TECONVI =
Terminal de Contêineres do Vale de Itajaí
TMP =
Taxa Média de Produção
UFRJ =
Universidade Federal do Rio de Janeiro
USEPA =
U.S. Environmental Protection Agency
WID =
Water Injection Dredging – Dragagem por Injeção de Água
xviii
LISTAGEM DE SÍMBOLOS
g=
Grama
h=
Hora
m=
Metro linear
r=
Radianos
t=
tonelada
u=
Velocidade no eixo dos x
v=
Velocidade no eixo dos y
w=
Velocidade no eixo dos z
C=
Concentração de sedimentos
T=
Turbidez
V=
Volts
gf =
Força gravitacional
gf(x) =
Força gravitacional projetada no eixo dos x
gf(y) =
Força gravitacional projetada no eixo dos y
hb =
Altura da camada fluidificada
hp =
Profundidade
h(x) =
Altura da pluma de sedimentos
u’ =
Velocidade u projetada no eixo do canal
v’ =
Velocidade v projetada na coordenada y referente ao eixo do canal
w’ =
Velocidade w
Cb =
Capacidade de carga do batelão
Cc =
Capacidade da caçamba
Cd =
Ciclo de dragagem
Ce =
Coeficiente de enchimento
Cec =
Coeficiente de enchimento da caçamba
Cel =
Condutividade elétrica em μ.Siemens.cm-1
Co =
Ciclo operacional
Cop =
Coeficiente operacional
D50 =
Diâmetro médio das partículas de uma amostra
Es =
Empolamento sugerido
Hop =
Horas operacionais
Ht =
Horas totais – Regime de trabalho (24h/dia x 26 dias)
H(x) =
Altura da coluna de água
xix
Lcd =
Distância percorrida pela corrente de densidade
Nc =
Número de ciclos mensais
Pd =
Produção de dragagem
Rr =
Rotação do rosário
Sa =
Salinidade em ppt – ‰
St =
Declividade do talude do leito do corpo hídrico
Ta =
Tempo de atracação
Tc =
Tempo de carga do batelão
Td =
Tempo de desatracação
Tp =
Taxa média de produção
Vb =
Volume da cisterna do batelão
Vc =
Volume da cisterna “in situ”
Ve =
Velocidade média de avanço da corrente de densidade
Vm =
Volume mensal “in situ”
Vt =
Volume total da cisterna
Ws =
Velocidade de queda
Fr =
Número de Froude
Re =
Número de Reynolds
Ri =
Número de Richardson
Vu =
Velocidade média na direção norte-sul
Vv =
Velocidade média na direção leste-oeste
Vw =
Velocidade média na direção da linha de profundidade
Vu’ =
Velocidade média projetada no eixo do canal
Vv’ =
Velocidade média projetada perpendicular ao eixo do canal
Vw’ =
Velocidade média projetada na linha da profundidade
Vu’v’ =
Velocidade resultante das velocidades projetadas u’ e v’
2
Metro quadrado
3
m =
Metro cúbico
kW =
Quilowatt
km =
Quilômetro
ml =
Mililitro
mm =
Milímetro linear
Hz =
Hertz
kVA =
Quilovolt-amper
mHz =
Mega-hertz
m =
xx
min =
Minuto
rpm =
Rotações por minuto
ton =
Tonelada
ppt – ‰ =
Percentage per thousand
g/l =
Grama por litro
Kg/m3 =
Quilograma por metro cúbico
kW/m3.h-1 =
Quilowatt por metro cúbico por hora
m/min =
Metro por minuto
m/s =
Metro por segundo
m.s-1 =
Metro por segundo
m3/h =
Metro cúbico por hora
3
-1
m .s =
Metro cúbico por segundo
mg/l =
Miligrama por litro
mg.l-1 =
Miligrama por litro
-1
Micromhos.cm =
Unidade de condutividade
-1
Micro.Siemens.cm =
Unidade de Condutividade
α=
Ângulo do talude do leito do corpo hídrico
ϕ=
Ângulo da velocidade resultante Vu’v’ em relação ao eixo do canal
γ=
Ângulo de defasagem entre o ponto cardeal leste e o eixo do canal
ρ0 =
Densidade (peso específico) do fluido ambiente
ρ1 =
Densidade (peso específico) da corrente de densidade
ρs =
Densidade (peso específico) do sedimento
ρ(s,t) =
Densidade (peso específico) em função da salinidade e temperatura
ρ(s,t,c) =
Densidade (peso específico) em função da salinidade, temperatura e concentração
ρ(mistura) =
Densidade (peso específico) da mistura
μS =
Micro-Siemens (unidade de condutividade)
μ/l =
Mícron por litro
≅=
Aproximadamente
ºC =
Grau Celsius
>=
Maior que
<=
Menor que
≥=
Maior ou igual a
≤=
Menor ou igual a
‰=
Porcentagem por mil
xxi
I – INTRODUÇÃO
O transporte aquaviário é responsável pela movimentação de
aproximadamente 90% das cargas mundiais, tornando-se, portanto, o principal meio
de locomoção de cargas do planeta. Atualmente, o transporte marítimo internacional
utiliza navios cada vez mais especializados, bem como assistidos de modernas
técnicas de gerenciamento e comunicação, direcionando as suas atenções para a
nova demanda de navios econômicos. A exploração da economia de escala, refletidas
no aumento de porte dos navios, é uma característica marcante na evolução da
indústria do transporte marítimo e está intimamente ligada à agilização das operações
portuárias, assim como a preservação de seus acessos aquaviários.
Para atender as exigências de um mercado mundial altamente
competitivo, a maioria dos portos teve que aumentar não somente a profundidade
como ainda a largura de seus canais de acesso, berços de atracação e bacias de
evolução, de maneira a garantir que as diversas embarcações, cada vez maiores em
tamanho e calado, economicamente mais rentáveis, possam trafegar por vias
aquáticas naturais ou artificiais, penetrar em baias protegidas e aproximarem-se das
áreas portuárias para o embarque e desembarque das cargas transportadas.
Várias centenas de milhões de metros cúbicos são dragados
anualmente, em todo o mundo (GOES FILHO, 2004), grande parte desta quantidade
de sedimentos é removida de portos que apresentam constantes assoreamentos 1,
gerados por ações naturais ou antrópicas, atuantes nas proximidades destes
ambientes
hídricos.
Portanto,
tornou-se
necessário,
à
preservação
destas
profundidades, o emprego constante de dragagens de manutenção, principalmente em
portos localizados em estuários que necessitam destes serviços em escala cada vez
mais crescente.
A evolução dos equipamentos e das técnicas de dragagem vem
acompanhando as demandas impostas pela modernidade e pela competitividade. Uma
nova metodologia foi desenvolvida, na década de 90, para atender as operações de
1
Materiais depositados em leitos aquáticos provenientes da sedimentação de partículas
suspensas na coluna de água, oriundas de ações naturais ou artificiais.
1
dragagens de manutenção, dando origem a um novo tipo de dragagem hidrodinâmica
denominada dragagem por injeção de água, conhecida pela sigla WID – Water
Injection Dredging, onde a versatilidade dos equipamentos e o baixo custo operacional
motivaram a grande expansão operacional deste método. Este trabalho visa
apresentar as principais características operacionais desta metodologia.
I.1 – Objetivos
•
Descrever as características básicas da dragagem por injeção de água,
assim como os equipamentos necessários.
•
Comparar esta metodologia de dragagem hidrodinâmica com a dragagem
convencional.
•
Observar as características do escoamento no estuário do Rio Itajaí-Açú e
sua possível influência na operação de dragagem.
2
I.2 – Estrutura do Texto
A descrição do texto foi dividida em sete capítulos, para possibilitar uma
melhor estruturação e compreensão dos principais tópicos do processo em estudo:
I–
Introdução – Detalhamento das motivações que propiciaram a escolha do
tema, assim como os objetivos e propostas do estudo apresentado.
II –
Caracterização dos Métodos de Dragagem – Envolve o histórico da evolução
da dragagem, definição dos tipos de operação de dragagem, além da
classificação dos processos de dragagem existentes na atualidade, segundo
alguns autores. Por fim, descreve várias especificações do Porto de Itajaí,
detalhando as características de dragagem no seu acesso aquaviário.
III –
Dragagem por Injeção de Água – Este capítulo faz uma breve análise
operacional desta metodologia, relaciona os equipamentos e acessórios de
dragagem, menciona a interferência da dragagem hidrodinâmica em relação à
biota local e transcreve os estudos realizados, na Holanda, sobre a atuação do
processo WID em leitos com materiais contaminados. Descreve a importância
do monitoramento por instrumentos, além de avaliar a corrente de densidade
através dos números adimensionais: Froude densimétrico, Richardson e
Reynolds. Finalmente ilustra, por meio de um “Diagrama em Blocos”, a
interligação das atividades que envolvem o processo WID.
IV –
Análise Comparativa dos Métodos de Dragagem – Apresenta uma comparação
técnica operacional do processo WID com a Dragagem Convencional.
V–
Análise do Processo Hidrodinâmico da Metodologia WID – Definição teórica de
corrente de densidade e a importância das correntes naturais presentes nessa
operação de dragagem. São apresentados os resultados da campanha de
medições, através de gráficos e tabelas, realizada no Rio Itajaí-Açú, no Porto
de Itajaí em 9 de março de 2005, onde a dragagem por injeção de água está
sendo realizada.
VI –
Discussão das Condições de Dragagem no Porto de Itajaí – Analisa a trajetória
dos sedimentos e as interferências na operação de dragagem em Itajaí.
VII –
Conclusões e Recomendações – Descreve os principais aspectos operacionais
do processo WID, assim como a necessidade das campanhas de campo,
dando ênfase aos resultados encontrados. Faz algumas recomendações sobre
a utilização deste método de dragagem.
3
II – CARACTERIZAÇÃO DOS MÉTODOS DE DRAGAGEM
II.1 Histórico e Evolução da Dragagem
Limpar ou desobstruir vias navegáveis com dragas é uma definição
clássica para dragagem, já GOES FILHO (2004) define a dragagem como um
processo de relocação de sedimentos e solos para fins de construção e manutenção
de vias aquáticas, de infraestrutura de transporte, de aterros e de recuperação de
solos ou de mineração. De fato, a evolução das metodologias de dragagem
possibilitou uma ação de maior âmbito tornando-se mais abrangente e, até mesmo,
imprescindível no auxílio para remoção de escombros, na recuperação de achados
arqueológicos, em obras que necessitem de aterros especiais, na exploração industrial
de depósitos naturais de minerais, pedras preciosas e recursos marinhos de valor
comercial (Compton’s Encyclopedia, 1998) ou, ainda, em dragagens de recuperação
do meio ambiente aquático (Ge Study Report, 1998).
Historicamente, existem referências à abertura de canais para
navegação desde a mais remota antiguidade, ou seja, aproximadamente 5.000 anos
antes de Cristo, entre os Sumérios (MARTINS, 1974). Podemos mencionar ainda
importantes serviços hidráulicos, tais como: a abertura do Canal da Babilônia; o
traçado entre os Rios Tigre e Eufrates; a navegabilidade no Rio Eufrates determinada
por Nabucodonosor – 600a.C (BRAY, 1997; Compton’s Encyclopedia, 1998); uma
ligação predecessora do Canal de Suez, entre o Rio Nilo e o Mar Vermelho; a
drenagem do Lago Fucino – 43a.C. Porém, o mais longo e antigo canal aquático ainda
existente é o Grande Canal da China, com mais de 1600 km de extensão o que levou
cerca de 2000 anos para ser construído – suas obras iniciaram no século 7a.C. e
terminaram por volta do ano 1280d.C.. Na Europa, os pioneiros na construção de
canais foram os italianos, muito embora os franceses prezem pela quantidade e
extensão de suas vias aquáticas. Já na Grécia Antiga, eram construídos canais
artificiais com fins de irrigação e também para unir corpos de água. Atualmente, os
holandeses são os que mais investem em tecnologia de dragagem, principalmente, na
construção de canais para drenagem de seu território (TORRES, 2000; Compton’s
Encyclopedia, 1998).
4
Em particular, a dragagem hidrodinâmica objeto deste trabalho e que
será descrita posteriormente, remonta da Idade Antiga onde, na Índia, já existia
indícios do uso deste método para remover os assoreamentos causados ao Rio Indus
(MARTINS, 1974). Na época, esta operação de dragagem era efetuada através do
arrastamento de troncos de madeira, posicionados verticalmente em embarcações
propulsadas a vela ou remos, atuando em contato com o material de fundo do rio,
visando ressuspender os sedimentos que, posteriormente, eram deslocados através
da hidrodinâmica natural do corpo hídrico, gerando, com isto, o aprofundamento do
leito aquático.
II.2 – Tipos de Operação de Dragagem
As operações de dragagem mais comuns são definidas pelas
características básicas e finalidades operacionais que envolvem o processo de
dragagem. Seguindo a concepção de alguns livros e periódicos (USEPA, 1994; GE
Study Report, 1998; TORRES, 2000; GOES FILHO, 2004) podemos destacar os
seguintes tipos de operação de dragagem:
II.2.1 – Dragagem de Aprofundamento ou Inicial
É determinada pelo aprofundamento virginal 2 do leito aquático, onde,
normalmente, a coesão entre as partículas é mais intensa. Os equipamentos de
dragagem são mais robustos e adaptados a cada tipo de situação operacional.
A metodologia e o equipamento adequado são condições prioritárias
para se obter bons resultados neste tipo de operação. A diversificação é determinada
pelas características do material existente no fundo aquático, podendo ser empregada
a derrocagem subaquática como parte deste processo operacional. Geralmente, estas
operações são caracterizadas por (GOES FILHO, 2004):
•
2
Movimentação de grandes quantidades de material dragado.
Aprofundamento em locais onde a dragagem nunca foi efetivada.
5
•
Remoção de solos compactos.
•
Dragagem de camadas de solos não alteradas.
•
Baixa presença de contaminantes.
•
Camadas para dragagem com espessuras consideráveis.
•
Atividades de dragagem não repetitivas.
II.2.2 – Dragagem de Manutenção
É definida como uma operação mais suave 3, onde a remoção dos
sedimentos é facilitada devido a pouca coesão das partículas depositadas
recentemente 4 no leito aquático. Esta característica facilita a utilização da maioria dos
processos de dragagem existentes na atualidade. Geralmente, consiste em uma
técnica operacional sucessora à dragagem de aprofundamento. Possui como
principais características (GOES FILHO, 2004):
•
Quantidade de material a ser dragado variável.
•
Remoção de solos não compactos.
•
Possível presença de materiais contaminados.
•
Ocorrência mais freqüente em canais de navegação e portos.
•
Atividade, normalmente, repetitiva e rotineira.
II.2.3 – Dragagem de Mineração
É composta por equipamentos especificamente construídos para
extração de minerais com valor econômico como: argilas, areia e cascalho, para
utilização em indústrias e na construção civil, podendo ainda ser utilizada em aluviões
fluviais para extração de ouro e pedras preciosas.
3
4
Caracterização atribuída para dragagens em solos aquáticos de fácil remoção.
Definição de tempo insuficiente para consolidar uma forte coesão das partículas.
6
II.2.4 – Dragagem Ambiental ou Ecológica
Caracteriza-se pela utilização de dragas ecológicas para remoção, tão
somente, da camada de materiais contaminados depositados no fundo do corpo
hídrico, como também na linha da água quando ocorrem vazamentos acidentais de
óleos ou derivados de petróleo no meio aquático. São equipamentos desenhados para
trabalharem induzindo pouco efeito de turbidez na coluna de água, normalmente
causados pelos processos de dragagem convencionais. Procedimentos rigorosos são
exigidos para a dragagem e deposição final do material. A eficiência da dragagem
ecológica está restrita a observação dos seguintes fatores (GOES FILHO, 2004):
•
Minimização da dispersão de sedimentos contaminados para as
áreas adjacentes ao sítio de dragagem;
•
O manejo, tratamento e despejo do rejeito de dragagem devem ser
efetuados de modo seguro do ponto de vista ambiental;
•
A operação deve ser completada no menor tempo possível,
resultando na máxima remoção de sedimentos contaminados e na
mínima remoção de sedimentos limpos.
Na dragagem ambiental a remoção do material contaminado se
procede cuidadosamente, sendo constantemente associada a um programa de
tratamento, reutilização ou relocação do mesmo. Possui como características mais
usuais:
•
Volumes reduzidos de dragagem.
•
Presença de materiais contaminados.
•
Remoção de solos não compactados.
•
Atividade com tendência não repetitiva.
II.2.5 – Dragagens Especiais
São constituídas por equipamentos projetados ou adaptados para
casos particularizados de dragagem, como por exemplo, dragagens em grandes
profundidades, retirada de escombros e outras operações especiais. Dependendo da
situação existe a possibilidade da utilização de equipamentos robotizados.
7
II.2.6 – Dragagens Naturais ou Erosão
São identificadas pela ação de forçantes hidrodinâmicos naturais
presentes no corpo hídrico, muito comuns em regiões estuarinas, onde o incremento
da vazão de águas continentais, devido ao período de fortes chuvas, ou alterações na
incidência de ventos e de ondas de marés astronômicas ou meteorológicas, tornam
viável o deslocamento dos sedimentos de fundo para outros sítios. Podendo, sob
certas condições, haver retorno do material removido ao mesmo ponto inicial, como
por exemplo, em lagos ou lagoas, cujos efeitos hidrodinâmicos contornam todo o seu
perímetro. Neste tipo de dragagem, normalmente, não existe interferências induzidas
artificialmente nas ações que caracterizam o processo.
II.2.7 – Dragagens para Aterros Hidráulicos
São, basicamente, desempenhadas pela atuação de dragas hidráulicas
ou mecânicas, podendo ser utilizados batelões especiais tipo split-barge 5 no intuito de
recalcar ou transportar grãos de areia para reurbanização de áreas costeiras,
construção de rodovias e aeroportos ou, ainda, para engordamento 6 de praias.
Abertura
Longitudinal
da Cisterna
Figura II.1 – Ilustração de uma draga dotada com o sistema “SPLIT” que caracteriza a
abertura longitudinal da cisterna para despejo do material dragado. Fonte: Bandeirantes.
5
6
Tipo de embarcação onde a abertura da cisterna é longitudinal em todo seu comprimento.
Termo atribuído para definir incremento de areia para acresção ou recomposição de praias.
8
Draga Leblon
Cisterna 880 m3
“Clam-Shell”
3 jd3
Jato de água
com areia
Restauração da Praia de Olinda - PE
Figura II.2 – Ilustração de uma draga hidráulica recalcando sedimentos para restauração
de uma área costeira. Fonte: Bandeirantes Dragagem.
II.3 – Classificação dos Processos de Dragagem
A diversificação dos processos de dragagem foi motivada pela
necessidade de transpor as dificuldades impostas pela própria natureza. Contudo, a
evolução destes métodos continua se desenvolvendo através de estudos e pesquisas
em laboratórios ou, até mesmo, em modelagens matemáticas, visando melhorar as
técnicas de operação e a eficiência dos equipamentos, no intuito, também, de
minimizar os custos operacionais.
Segundo alguns autores e periódicos (DAVIS et al., 1990; BRAY et al.,
1997; Relatório SEBA, 1999; GOES FILHO, 2004), podemos distinguir, como
principais e mais utilizadas técnicas, os seguintes processos de dragagem:
9
II.3.1 – Processos Mecânicos de Dragagem
São caracterizados pela atuação mecanizada dos equipamentos para a
remoção dos sedimentos de fundo. Os equipamentos de dragagem mais conhecidos
que utilizam este processo são: Draga de Alcatruzes (Bucket line Dredge), Draga de
Caçamba (Clam-Shell), Caçamba tipo Mandíbulas (Grab Dredge), Escavadeiras
Frontais (Dipper Dredges), Retro-Escavadeiras (Hoes), Pás de Arrasto (Draglines).
Devido à simplicidade e semelhança com os equipamentos utilizados
em terraplenagem, os equipamentos mecânicos de dragagem foram os primeiros a ser
desenvolvidos. Geralmente, o material dragado é lançado em cisternas de batelões
que transportam estes sedimentos até a área de deposição final. As dragas mecânicas
podem possuir propulsão própria ou não, as não propelidas são conhecidas como
dragas estacionárias. A seguir ilustramos alguns destes equipamentos, assim como os
principais detalhes que permitem sua operação em meios aquáticos.
DRAGA DE
ALCATRUZES
Guindaste
de Popa Superestrutura
Mastro Principal
Tombo
Superior
Guinchos
de Proa
Guindaste
de Proa
Guinchos
de Popa
Flutuante sem Propulsão
Charutos de
Popa BB e BE
Caçambas
do Rosário
Dalas BB/BE
Cabo do
Suspensório
Espessura
de Corte
Lança de
Dragagem
Charutos de
Proa BB e BE
Tombo
Inferior
Figura II.3 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de alcatruzes mostrando o
conjunto de caçambas que atuam continuadamente na remoção do material de fundo.
Fonte: Sítio eletrônico www.ihcholland.com.
10
DRAGA RETROESCAVADEIRA
Retro
Escavadeira
Caçamba
Flutuante sem propulsão
Charutos de
Fixação para
Dragagem
Figura II.4 – Ilustração do esquema operacional de uma draga retroescavadeira
mostrando o carregamento em uma barcaça e seu sistema de posicionamento no fundo,
através de dois charutos de fixação do flutuante. Fonte: Góes Filho, 2004.
DRAGA DE CAÇAMBA
Cabo de Içamento
Guindaste de Dragagem
Cabos de movimentação
do Flutuante – proa e popa
Guincho
Caçamba de
Dragagem
Cabo Guia da
Caçamba
Flutuante sem Propulsão
Figura II.5 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de caçamba (Clam-Shell)
mostrando o guindaste responsável pela movimentação da caçamba e os cabos presos
ao flutuante que possibilitam o ciclo de corte de dragagem. Fonte: Góes Filho, 2004.
11
II.3.2 – Processos Hidráulicos de Dragagem
A atuação de bombas hidráulicas para succionar e recalcar os
sedimentos, que podem ser fragmentados mecanicamente por desagregadores ou
hidraulicamente através de fortes jatos de água, é uma das principais características
deste processo. Podemos citar os seguintes tipos de equipamentos: Dragas
Autotransportadoras (Hopper Trailing Suction Dredges) e Dragas de Sucção e
Recalque (Cutter Suction Dredges), as quais poderão ser propelidas ou não.
Durante a remoção do material dragado é formada uma mistura de
água com o material sólido do leito, que é bombeado para tubulações flutuantes a
distâncias compatíveis com a potência dos equipamentos – no caso de dragas de
sucção e recalque – ou em bombeamentos para dentro de cisternas – no caso de
dragas autotransportadoras (GÓES FILHO, 2004), que também possuem a alternativa
de recalcar os sedimentos em tubulações. Existe ainda a possibilidade de bombear o
produto da dragagem para batelões acostados a contrabordo das dragas.
As dragas hidráulicas são constituídas de tecnologias mais recentes e,
geralmente, possuem maior rendimento operacional que as dragas mecânicas.
DRAGA AUTOTRANSPORTADORA
Superestrutura
Leme
Propulsores
Principais
BB e BE
Tubulação de Recalque
Para a Cisterna
Guindaste de
Manutenção
Cisterna para armazenamento do
material dragado
Bomba Sucção
Intermediária
BB e BE
Bocas de Dragagem
BB e BE
Propulsor
Lateral
Tubos de Sucção
BB e BE
Tubos de Jato de água BB e BE
Figura II.6 – Ilustração do esquema operacional de uma draga autotransportadora
mostrando a atuação das duas bocas e dos dois tubos de sucção durante a dragagem,
dispostos em cada lado da embarcação. Fonte: Sítio eletrônico www.ihcholland.com.
12
As dragas de sucção e recalque – cutter suction dredges – são,
normalmente, equipamentos sem propulsão que atuam em regiões costeiras, sendo
muito utilizadas em aterros hidráulicos para construção de aeroportos ou restauração
de praias. Geralmente, são equipadas com um desagregador mecânico instalado na
extremidade da lança de dragagem junto ao tubo de sucção, que atua por rotação
desagregando o material do leito, o qual é aspirado pela bomba de dragagem. Estas
dragas, como as dragas mecânicas, também são conhecidas como estacionárias e a
utilização dos charutos, normalmente localizados a ré, juntamente com as lanças e
âncoras de arinque, funcionam para dar apoio durante a dragagem, possibilitando o
avanço e o giro da draga – swing 7 – movimento responsável pelo ciclo de corte de
dragagem.
DRAGA DE SUCÇÃO E RECALQUE
Mastro Principal
Tubo de Recalque
Cabine de Dragagem
Lanças de Arinque
Âncoras
de Arinque
BB e BE
Flutuante sem Propulsão
Âncora de
Fundeio
Tubo de Sucção
Charutos BB e BE
para Dragagem
Lança de Dragagem
Suspensório
Desagregador
Figura II.7 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de sucção e recalque
atuando com um desagregador na ponta da lança de dragagem mostrando as âncoras de
arinque que permitem o movimento lateral e , juntamente com os charutos de fixação,
propiciam o ciclo de corte de dragagem do equipamento. Fonte: www.ihcholland.com.
7
Nome do movimento que resulta na largura de corte da draga de sucção e recalque.
13
II.3.3 – Processos Mistos de Dragagem
São identificados pela ação conjunta e simultânea dos processos
mecânicos e processos hidráulicos. Como exemplo desta tecnologia pode-se registrar
as dragas de sucção e recalque com roda de caçambas instalada na ponta da lança.
Este mecanismo remove o material de fundo mecanicamente lançando-o diretamente
na linha de sucção hidráulica da draga.
Uma das características deste tipo de equipamento é de poluir menos
que as dragas mecânicas e hidráulicas, pois o processo de remoção mecanizado e a
posterior sucção do material dragado fluindo pelo tubo de sucção acarretam em menor
dispersão dos sedimentos na coluna de água.
Apesar de se constituir em uma draga de processo misto, o seu ciclo de
dragagem é idêntico ao das dragas hidráulicas de sucção e recalque.
DRAGA DE SUCÇÃO COM RODA DE CAÇAMBAS
Mastro Principal
Tubo de Recalque
Cabine de Dragagem
Flutuante sem Propulsão
Lanças e
Âncoras
de Arinque
BB e BE
Âncora de
Fundeio
Tubo de Sucção
Lança de Dragagem
Suspensório
Charutos BB e BE
de Dragagem
Roda de
Caçambas
Figura II.8 – Ilustração do esquema operacional de uma draga de sucção com roda de
caçambas na ponta da lança de dragagem mostrando as âncoras de arinque que,
juntamente com os charutos, são responsáveis pelo ciclo de corte de dragagem. Fonte:
www.ihcholland.com.
14
II.3.4 – Processos Pneumáticos de Dragagem
São equipamentos muito utilizados em arqueologia náutica para
recuperar pequenos objetos submersos, trata-se de um tubo de sucção utilizando um
sistema com pressão de ar comprimido na ponta que induz a aspiração de pequenos
sedimentos de fundo, este método é conhecido como Air-lift. Existem dragas
ecológicas que utilizam, na sucção, sistemas pneumáticos em seus mecanismos para
atenuar a dispersão do material dragado, evitando sua elevação na coluna de água.
Atualmente, as dragas pneumáticas são consideradas as que menos
poluem durante o processo de dragagem, contudo, o maior problema continua sendo a
deposição final dos sedimentos removidos, pois se estima que o custo da disposição
de sedimentos em áreas confinadas especiais pode ser de 3 a 6 vezes superior a
simples descarga no mar (HINCHEE et al., 2001). Há registros de casos de tratamento
de materiais contaminados com custos variando de 10 a 100 vezes superiores aos da
utilização sem necessidade de tratamento (HINCHEE et al., 2001).
DRAGA PNEUMÁTICA ECOLÓGICA
Cabos de Içamento
Cabo da Lança
Cabo de aço
Translação
Tubo de
Recalque
Compressor
Valv. Distrib. de Ar
Flutuante sem Propulsão
Flutuante
Sistema Pneumático de Sucção
Tubulação
Pneumática
de Sucção
Figura II.9 – Ilustração do esquema operacional de uma draga pneumática mostrando a
linha de recalque e o equipamento de sucção pneumático em contato com o leito. Fonte:
Sítio eletrônico www.pneuma.it.
15
II.3.5 – Processos Hidrodinâmicos de Dragagem
Basicamente, estes processos dependem dos recursos hidrodinâmicos
induzidos na coluna de água de forma natural ou artificial a fim deslocar, para outro
sítio, os sedimentos de fundo, os quais são suspensos do leito aquático por ação de
contato mecânico ou hidráulico. É considerada uma operação de baixo custo, pois o
transporte do material dragado não é efetuado pelo equipamento, mas sim pelas
condições hidrodinâmicas presentes no corpo hídrico.
As dragagens naturais também utilizam os recursos hidrodinâmicos do
fluido como meio de transporte dos sedimentos ressuspensos, constituindo-se num
processo sem intervenções antrópicas, contudo não são consideradas dragagens
hidrodinâmicas pela CEDA – Central Dredging Association – organização internacional
que se dedica a todo tipo de atividade que envolva a dragagem (Relatório SEBA,
1999). Neste Relatório, só foram considerados como processos de dragagens
hidrodinâmicas aqueles que são realizados com a atuação de equipamentos de
dragagem.
DRAGAGEM HIDRODINÂMICA
Embarcação
de Tração
Fluxo dos Sedimentos
Linha da água
Sentido da Embarcação
Sedimentos Dispersados
Cabo de Tração
Sedimentos Depositados
Estrutura
Sólida
Leito Aquático
Figura II.10 – Ilustração de um dos processos de dragagem hidrodinâmica mostrando a
atuação de uma estrutura sólida no leito aquático, gerando uma pluma de sedimentos
que é carreada para além do sítio de dragagem pela atuação de forçantes
hidrodinâmicos presentes no fluido. Fonte: Martins (1974).
16
II.3.5.1 – Metodologia do Processo Hidrodinâmico
A dragagem hidrodinâmica é definida como sendo a deliberada
suspensão ou ressuspensão de uma fração de sedimentos do leito de um sistema
aquático, através de intervenções mecânicas ou hidráulicas, com posterior
deslocamento desse material, da área de dragagem até o seu depósito final, utilizando
processos hidrodinâmicos naturais ou induzidos no fluido (Relatório SEBA, 1999). A
distribuição dos sedimentos liberados na coluna de água do corpo hídrico permite o
acompanhamento qualitativo e quantitativo desta metodologia.
Neste processo, não há transporte, do material removido 8, por
intermédio de equipamentos de dragagem como batelões ou tubos de recalque, a
própria coluna da calha hidráulica é utilizada como meio de transporte dos sedimentos
até a área de disposição final, tornando esta operação uma atividade de baixo custo
operacional (ATHMER, 1996), podendo ser utilizada em dragagens de manutenção de
portos e vias navegáveis localizados, principalmente, em rios ou estuários
(WINTERWERP et al., 2001).
A quantidade de sedimentos que são transportados 9 através da coluna
de água é determinada, principalmente, pelas propriedades das partículas, onde: o
tamanho, a forma e a massa específica são características fundamentais para
estabelecer a velocidade de queda e a densidade da pluma de sedimentos formada
durante o processo, possibilitando a manutenção desses sedimentos suspensos no
fluido e, consequentemente, um maior carreamento dessas partículas no meio
aquático (KNOX et al., 1994). Já à distância percorrida por esses sedimentos
ressuspensos depende, ainda, do favorecimento das condições hidrodinâmicas do
corpo hídrico para gerar uma corrente capaz de deslocar as partículas suspensas na
coluna do fluido (Relatório SEBA, 1999). Portanto, em Dragagens Hidrodinâmicas,
sedimentos finos, com baixa coesão, recentemente depositados no fundo e
localizados
em
meios
aquáticos
que
apresentem
condições
hidrodinâmicas
10
favoráveis , são características que determinam uma boa eficiência operacional
desse processo (NETZBAND, 1998).
8
Material desagregado do fundo através de procedimentos de dragagem hidrodinâmica.
Refere-se ao deslocamento dos sedimentos em direção ao depósito planejado.
10
São condições que propiciam o deslocamento da pluma de sedimentos em direção à área de
despejo, sem que haja dispersão desfavorável na coluna de água.
9
17
Essa metodologia pode ser empregada em conjunto com outros
processos de dragagem, no intuito de mover o material dragado para um novo sítio
onde a operação convencional possa atuar com melhor desempenho (ATHMER,
1996).
As técnicas empregadas nessa dragagem são classificadas em,
dragagem por agitação e dragagem por injeção de água (Relatório SEBA, 1999). Suas
aplicações
requerem
condições
especiais
nas
características
hidrodinâmicas
presentes no corpo hídrico, pois enquanto a dragagem por agitação utiliza a faixa
intermediária e superior da coluna de água, a dragagem por injeção de água utiliza a
região próxima ao leito para deslocar o material fluidificado. Contudo, em ambos os
casos, os sedimentos ressuspensos ficam submetidos às correntes naturais ou
artificiais do fluido ambiente, podendo interferir no desenvolvimento da pluma de
sedimentos que, uma vez mobilizada, possui limitações no controle direcional até a
deposição final das partículas (Relatório SEBA, 1999; OSPAR Commission, 2004).
Em geral, os locais onde a dragagem hidrodinâmica apresenta bom
desempenho deverão possuir as seguintes características (Relatório SEBA, 1999):
•
Áreas com alta concentração de sedimentos naturais.
•
Áreas com materiais provenientes de erosão.
•
Áreas com bom potencial de velocidade de corrente, seja natural ou artificial.
•
Áreas próximas às grandes depressões aquáticas.
•
Áreas com baixo nível de materiais contaminados.
II.3.5.2 – Tipos de Dragagens Hidrodinâmicas
Como descrito anteriormente a dragagem hidrodinâmica pode ser
sintetizada em dragagem por agitação ou dragagem por injeção de água, essas
técnicas são precursoras de pelo menos quatro processos de dragagem reconhecidos
atualmente: Agitação, Erosão, Elevação e Injeção, respectivamente (Relatório
SEBA,1999):
18
PROCESSO
MÉTODO
TÉCNICA
I
II/III
IV
I
INJEÇÃO
INJEÇAO DE ÁGUA
II/III
AGITAÇÃO/ EROSÃO
IV
ELEVAÇÃO
LANÇAMENTO
ARRASTO/JATO FORTE
Figura II.11 – Ilustração dos quatro principais processos de dragagem hidrodinâmica –
Injeção, Agitação, Erosão e Elevação. Fonte: Relatório SEBA 99/12/info.1-E.
A – Dragagem por Agitação
O processo de dragagem hidrodinâmica por agitação é realizado pela
atuação mecânica de arraste de uma estrutura sólida no leito de um corpo aquático
(Figura II.10). Essa atuação causa uma turbidez de grande intensidade na coluna de
água, além de propiciar uma grande dispersão das partículas ao longo da calha
hidráulica, dificultando o controle no transporte desses sedimentos, cujo percurso,
normalmente, interage com a ação hidrodinâmica 11 presente, naquele momento, no
corpo hídrico (Relatório SEBA, 1999; OSPAR Commission, 2004).
B – Dragagem por Erosão
É um processo que ocorre quando os sedimentos do leito, com forte
coesão, são removidos por um fluxo de água de alta pressão. O material no fundo é
11
Nesse caso, se refere as correntes naturais presentes no corpo hídrico.
19
deslocado e suspenso até uma pequena faixa na coluna de água por meio de fortes
jatos de água, sendo transportados, normalmente, para curtas distâncias, dependendo
das atividades hidrodinâmicas presentes no corpo aquático (Relatório SEBA, 1999;
OSPAR Commission, 2004).
Esse método pode ser empregado com um jato único ou, em larga
escala, com vários jatos de água, os quais são muito utilizados em bocas de
dragagem de dragas autotransportadoras, com a finalidade de desagregar os
materiais de fundo para aumentar o rendimento das bombas de dragagem (Relatório
SEBA, 1999).
C – Dragagem por Elevação
A
remanejamento
12
dragagem
hidrodinâmica
por
elevação
consiste
em
um
dos sedimentos do leito do corpo aquático para a superfície da linha
de água, onde as correntes naturais do corpo hídrico determinam o transporte dessas
partículas. Normalmente, o lançamento do material dragado na superfície é induzido
pelos
componentes
de
dragas
convencionais.
Podemos
citar
as
dragas
autotransportadoras e as de sucção e recalque como equipamentos que propiciam
este processo de dragagem (Relatório SEBA, 1999).
Nas dragas autotransportadoras o lançamento dos sedimentos na
superfície é realizado, normalmente, através do vertedor (overflow 13) da embarcação
que se constitui num importante acessório para aumentar a densidade da mistura
concentrada na cisterna 14 da draga, a remessa de parte desse fluido, juntamente com
certa concentração de sedimentos, para a superfície da coluna de água constitui-se no
processo de dragagem hidrodinâmica por elevação (Relatório SEBA, 1999).
Nas dragas de sucção e recalque a operação se manifesta quando a
linha de recalque é aberta na superfície da água gerando o lançamento da mistura na
12
Neste caso, consiste no lançamento do material dragado propositadamente para o ambiente
externo da draga, devido às características operacionais do próprio processo de dragagem.
13
Mecanismo responsável pela separação da água e os sedimentos dragados, que são
lançados na cisterna de dragas autotransportadoras ou batelões lameiros.
14
Porão da draga autotransportadora ou batelão lameiro onde são depositados os materiais
dragados para o seu transporte até a área de despejo.
20
linha da água. Ao final do tubo de recalque poderá ser fixada uma ponteira de redução
de diâmetro que agiria como um injetor, aumentando a velocidade do fluxo e
propiciando um jato com maior alcance, em relação ao ponto inicial de dragagem.
Draga Autotransportadora
em operação
Sedimentos lançados
pelo “vertedor” da Draga
Figura II.12 – Ilustração de uma draga autotransportadora apresentando o lançamento de
sedimentos na superfície do fluido através do vertedor (overflow). Fonte: Sítio
www.vanoord.com.
D – Dragagem por Injeção – WID
A dragagem hidrodinâmica por injeção de água é caracterizada pela
ação de um jato com baixa pressão manométrica e grande volume de água,
fluidificando os sedimentos de fundo e gerando uma turbidez próxima ao leito, como
ilustrado na figura II.13. Essa operação gera uma pluma de sedimentos com
densidade maior que o fluido ambiente favorecendo o surgimento do efeito de corrente
de densidade ou corrente de turbidez cujo propósito é direcionar as partículas
ressuspensas para águas mais profundas (Relatório SEBA, 1999).
Este método de dragagem é o objeto deste trabalho e será descrito com
mais detalhes no Capitulo III.
21
DRAGAGEM POR INJEÇÃO DE ÁGUA
Movimento dos Sedimentos
Grandes volumes de água
são injetados no fundo para
suspender os sedimentos
Injeção de Água
Figura II.13 – Ilustração do processo de dragagem por injeção de água mostrando os
parâmetros necessários para induzir a formação da corrente de densidade. Fonte:
ThamesWeb – Maintenance Dredging.
22
II.4 – Dragagem no Porto de Itajaí
II.4.1 – Especificações do Porto de Itajaí
II.4.1.1 – Histórico
Segundo registros históricos, os primeiros estudos referentes ao Porto
de Itajaí datam de 1905, realizados pela Comissão de Melhoramentos dos Portos e
Rios. Por volta de 1914, foi construída a primeira obra, composta dos 700 metros do
molhe Sul, seguidas mais tarde das obras do molhe Norte. O porto propriamente dito
foi iniciado em 1938, com a construção do primeiro trecho de cais, com 233 metros de
comprimento e estrutura em concreto armado, e do primeiro armazém. No início da
década de 1950 foi construído o segundo trecho de 270 metros, concluindo-se em
1956 mais 200 metros, além da construção de um armazém frigorífico, voltado, na
época, às necessidades da atividade pesqueira.
O Porto de Itajaí passou a ser considerado porto organizado em 28 de
junho de 1966, quando foi instalada a Junta Administrativa do Porto de Itajaí,
subordinada ao Departamento Nacional de Portos e Vias Navegáveis. Em 1976, com a
criação da Empresa de Portos do Brasil S.A. – PORTOBRÁS, o gerenciamento do
terminal itajaiense passou a ser exercido pela Administração do Porto de Itajaí,
diretamente vinculada àquela estatal. A partir desse período verificou-se um
crescimento acentuado da sua movimentação e, com a melhoria na sua organização
administrativa, a Administração do Porto passou a ser um órgão representativo na
comunidade portuária.
Com a lei 8.029, de 1990, a PORTOBRÁS foi extinta, e após momentos
de incertezas e indefinições oriundas de uma situação não prevista, e ainda, para que
pudesse continuar com suas atividades normais sem sofrer solução de continuidade, a
Administração do Porto de Itajaí passou a ser subordinada à Companhia Docas do
Estado de São Paulo – CODESP, situação que perdurou até 1º de junho de 1995,
quando o Ministério dos Transportes descentralizou a gestão do porto ao Município de
Itajaí, através da Administradora Hidroviária Docas Catarinense. Em dezembro de
1997, o Porto de Itajaí foi delegado ao município pelo prazo de 25 anos. Passou a ser
chamado de Superintendência do Porto de Itajaí em 6 de junho de 2000, através da
Lei Municipal 3.513.
23
II.4.1.2 – Localização do Porto
O Porto de Itajaí está localizado à margem direita do rio Itajaí-Açu, a
3,2km de sua foz, no Município de Itajaí, litoral norte do Estado de Santa Catarina, a
meio caminho entre a capital de Santa Catarina, Florianópolis, e a cidade catarinense
mais populosa, Joinville, sendo suas coordenadas geográficas: latitude 26º54’02” sul e
longitude 48º39’04” oeste. A zona de jurisdição de porto limita-se ao norte pela divisa
entre os municípios de Barra Velha e Piçarras e ao sul até o município de Garopaba.
A ilha de Santa Catarina, onde se situa a cidade de Florianópolis,
capital do Estado, se encontra sob a jurisdição do porto de Itajaí. O porto é
administrado, no momento, pela Prefeitura de Itajaí.
Porto de Itajaí
Figura II.14 – Ilustração da localização do Porto de Itajaí no litoral de Santa Catarina
24
Do embarque de frangos para o exterior, cerca de 90% é realizada pelo
Porto de Itajaí. É o terceiro no ranking nacional de movimentação de contêineres,
registrado durante o ano de 2003, estando em primeiro o Porto de Santos e segundo o
Porto de Rio grande. Assim sendo, é o escoadouro natural da economia estadual e
agora também de províncias argentinas limítrofes. Sede da AMFRI - Associação dos
Municípios da Foz do Rio Itajaí-Açu e sede também da Capitania dos Portos de Santa
Catarina. É considerado um dos principais pólos de desembarque pesqueiro nacional
onde várias industriais de processamento de pescado estão instaladas às margens do
estuário, principalmente no Município de Itajaí.
A
região
é
constantemente
dragada
para
a
manutenção
da
profundidade do canal de navegação. A dragagem utiliza uma draga que trabalha
através do sistema de injeção de água, que promove a fluidificação dos sedimentos
finos que constituem o fundo (SCHETTINI, 2002).
A superintendência do Porto de Itajaí, após dezoito meses de trabalho,
obteve a certificação ISO 15 9001:2000, pelo BVQI/Inmetro 16, BVQI/RVA 17, aceitação
nacional e internacional, respectivamente. Tornando-se, assim, a primeira Autoridade
Portuária, no Brasil, a obter essa certificação, o que qualifica o Porto como prestador
de serviços portuários com padrão de qualidade internacional.
Em julho de 1983, em conseqüência de fortes chuvas, houve um
grande aumento na vazão e na velocidade das águas fluviais do Rio Itajaí-Açú,
gerando uma forte corrente que causou uma erosão superior a doze metros de
profundidade na região portuária e, como isto, o afundamento de parte do Cais
próximo ao berço nº. 4, além de profundas alterações no leito do estuário. Durante
esta cheia, na bacia de evolução do Porto de Itajaí, foi medida a velocidade da
corrente que atingiu 3m/s e o nível de água se elevou a cota de 3,80m acima do zero
hidrográfico da DHN (DIENG–Relatório INPH 65/99, 1999). As obras de reconstrução
do berço danificado encerraram-se em 1988.
15
ISO – “International Standard Organization” – Organização de Padronização Internacional
que, através de normas pré-estabelecidas, define a qualificação, através de metodologias, para
um tipo de serviço ou para fabricação de mercadorias.
16
BVQI/Inmetro – Órgão brasileiro responsável pela avaliação e acompanhamento das
exigências das normas ISO – 9001.
17
BVQI/RVA – Órgão internacional responsável pela avaliação e acompanhamento das
exigências das normas ISO – 9001.
25
II.4.1.3 – Acessos às Instalações Portuárias
O acesso rodoviário ao Porto de Itajaí pode ser realizado pelas rodovias
SC-470 / BR-470, as quais ligam o Município de Itajaí ao oeste catarinense, passando
por Blumenau; já a BR-101, a 10 km do porto e a SC-486, atingindo Brusque,
estabelecem uma conexão com a malha rodoviária do Estado de Santa Catarina.
Contudo, o Porto de Itajaí não possui acesso por via ferroviária.
O acesso marítimo inicia-se no canal da barra, na embocadura do rio
Itajaí-Açú, que se encontra fixada por dois molhes, norte e sul, e contém a largura
mínima de 100m e profundidade de 10,0m. O canal de acesso é constituído de um
trecho externo e outro interno, com profundidades próximas a 10,0m. A parte externa
(canal da barra) tem cerca de 1,5km de comprimento e largura de 100m a 150m, e a
parte interna, 3,2km, com largura variando entre 100m e 230m.
Figura II.15 – Ilustração do início do canal interno de acesso ao Porto de Itajaí mostrando
a entrada da barra. Fonte: Sítio www.portodeitajai.com.br.
26
Figura II.16 – Ilustração do Porto de Itajaí e seu canal de acesso até a sua foz. Fonte:
Sítio eletrônico www.portodeitajai.cpm.br.
Figura II.17 – Ilustração do Porto de Itajaí, ressaltando os meandros do Rio Itajaí-Açú.
Fonte: Sítio eletrônico www.portoitajai.com.br.
27
Figura II.18 – Ilustração dos berços de atracação do Porto de Itajaí mostrando parte da
bacia de evolução. Fonte: Sítio www.portodeitajai.com.br.
II.4.1.4 – Principais Características Portuárias
As principais instalações portuárias consistem em um cais acostável de
740m com quatro berços de atracação, sendo o berço nº. 1 – B1, para atracação
prioritária de navios portas-contêiner, ro-ro e navios dotados de pontes rolantes; o
berço nº. 2 – B2, para atracação prioritária de navios portas-contêiner ou de carga
geral; o berço nº. 3 – B3, para navios com atracação prioritária com cargas
frigorificadas e o berço nº. 4 – B4, condicionada a ordem de chegada.
Possui três armazéns para carga geral totalizando 15.800m², um
armazém frigorífico com 1.180m², pátios asfaltados e alfândegados totalizando
38.000m² e retroporto asfaltado de 25.000m².
O terminal de contêineres Teconvi – Terminal de Contêineres do Porto
de Itajaí fica localizado atrás dos berços B1 e B2, sendo que um desses berços possui
250m de comprimento e 12m de profundidade e um pátio de contêineres na
retaguarda com 22.000m². Na linha do cais os contêineres são movimentados por dois
28
guindastes móveis, sobre rodas, com capacidade nominal de 25 contêineres por hora
e no pátio sete empilhadeiras, reach stackers, atendem ao terminal.
Nas imediações do porto está a EADI/Itajaí – Estação Aduaneira com
área coberta de armazenagem de 31.500m², área externa de 121.450m², além da área
para contêineres de 52.499m².
Na figura II.19, pode-se observar a geografia do Porto de Itajaí,
visualizando os berços de atração e suas retroáreas. Como divulgado no sítio
eletrônico www.portodeitajai.com.br a expansão do Porto está delineada por grande
parte da coloração alaranjada, nesta área ainda se encontra a Capitania dos Portos do
Estado de Santa Catarina que será transferida dessa localidade. Futuramente o
terminal de contêineres - TECONVI será ampliado ocupando toda essa área
demarcada.
Porto de Itajaí
Área de Expansão
Figura II.19 – Ilustração da geografia do Porto de Itajaí, em laranja a área destinada à
expansão do terminal de contêineres - TECONVI. Fonte: Sítio eletrônico do Porto de
Itajaí, www.portodeitajai.com.br.
29
Figura II.20 – Ilustração do posicionamento dos berços de atracação e das instalações
atuais do Porto de Itajaí. Fonte: Sítio www.portodeitajai.com.br.
Área destinada ao Porto Público
Operado pelos operadores portuários
2
privados – Área: 41.000m
Terminal de Contêiner
2
Área: 105.000m / 17.000TEU/mês
Investimento: R$60 milhões / 99-00
Rio Itajaí-Açú
___Área de Arrendamento
Em Estudo pelo CAP:
Demolição dos Armazéns 1 e 3, na zona portuária
Figura II.21 – Ilustração das expansões futuras do Porto de Itajaí, previstas para
ampliação dos novos berços de atracação e das retroáreas. Fonte: Sítio eletrônico
www.portodeitajai.com.br.
30
II.4.2 – Detalhes da Dragagem no Porto de Itajaí
II.4.2.1 – Tipos de Materiais encontrados no Leito
Os principais materiais encontrados no leito do Rio Itajaí-Açu são
oriundos de processos sedimentares fluviais e marinhos devido à hidrodinâmica do
estuário. Normalmente são evidenciados três tipos de materiais de fundo,
principalmente da região da bacia do Porto de Itajaí, onde encontramos: areia fina,
silte e argila (VARGAS, 1983), com características de baixa coesividade para uma
operação de dragagem.
Por serem materiais oriundos de sedimentações freqüentes, a operação
de dragagem de manutenção não encontra grandes dificuldades para remoção dos
sedimentos de fundo através de equipamentos comuns de dragagem, sejam eles:
mecânicos, hidráulicos e hidrodinâmicos, como a seguir são demonstrados:
Processo de Dragagem
Equipamento Utilizado
Hidráulico
Draga Autotransportadora de Médio Porte - ATM
Mecânico
Dragas de Alcatruzes e de Caçamba – AL/CS
Hidrodinâmico
Draga de Injeção de Água - WID
Tabela II.1 – Relação dos processos de dragagem já utilizados no Porto de Itajaí.
II.4.2.2 – Processos de Dragagem Utilizados pelo Porto
Os métodos de dragagem que antecederam o processo WID, utilizado
atualmente no Porto de Itajaí, foram os processos hidráulicos através de dragas
autotransportadoras e os processos mecânicos através de dragas de alcatruzes e
dragas de caçamba (Clam-Shell).
As dragas autotransportadoras foram as mais utilizadas na manutenção
do canal e bacia de evolução. Inicialmente, as dragas de pequeno porte com
capacidade de cisterna até 1500m3 foram muito empregadas quando o canal possuía
ainda profundidades próximas a nove metros, posteriormente, com o aprofundamento
do canal, foram empregadas dragas com capacidades maiores chegando até
31
equipamentos com 5.000m3. A draga holandesa Lelystad com capacidade de
10.000m3 chegou a realizar dragagem no local, porém, devido ao seu tamanho físico,
apresentou baixo rendimento durante manobras na área operacional, principalmente
quando era necessária a sua operação próxima aos berços do cais e bacia de
evolução. A maior dificuldade operacional dessas dragas hidráulicas era sua operação
nos berços de atracação junto ao cais, pois suas bocas de dragagem nem sempre
conseguiam se aproximar o suficiente para remover os sedimentos depositados nessa
área, além de necessitar da liberação, para dragagem, dos navios aportados no local,
gerando dificuldades operacionais para o porto.
Os equipamentos mecânicos, representados pelas dragas de alcatruzes
e dragas de caçamba (Clam-Shell), tiveram sua participação na dragagem da bacia de
evolução e dos berços de atracação, onde suas atuações eram mais beneficiadas pela
concentração de material em áreas próximas, já que estes equipamentos não são
propelidos o que dificulta sua operação em locais com grande extensão longitudinal. O
material dragado era depositado em batelões que possuíam propulsão própria para se
deslocarem até a área de despejo, normalmente localizada a sete quilômetros da
embocadura do rio Itajaí-Açú. Estes equipamentos necessitavam da liberação de
grande área para posicionamento de seus cabos de tração para movimentos de
dragagem, exigindo a restrição do fluxo de embarcações durante a dragagem, o que
também gerava dificuldades operacionais ao porto.
O depósito do material dragado para os equipamentos de processos
mecânicos ou hidráulicos diferencia-se, basicamente, dos equipamentos de injeção de
água devido à necessidade de definir, previamente, uma área de despejo ou bota-fora,
enquanto que no processo hidrodinâmico, como é descrito no capítulo III, o
carreamento dos sedimentos ocorre na coluna de água não possuindo área de
despejo com posicionamento rígido, podendo haver depósito, das partículas
suspensas, em águas mais profundas, isto é, em depressões no próprio canal ou em
direção ao mar aberto na plataforma continental da região costeira. Entretanto, uma
outra característica do processo WID é a sua capacidade de operação sem causar
interferências significativas na área portuária, liberando os acessos aquáticos
rapidamente e não prejudicando as programações dos Navios.
32
33
1 – Berços de Atracação:
B1 – 250 m x 12 m
B2/B3/B4 – 490 m x 10 m
2 – Bacia de Evolução:
750 m x 250 m x 10 m
3 – Canal Interno:
3,2 km x 100 / 230 m x 10 m
4 – Canal Externo:
1,5 km x 100 / 150 m x 10 m
Descrição das Áreas de Dragagem
Berços de Atracação
Bacia de Evolução
Canal Interno
Acesso Aquaviário – Dragado
para o Porto de Itajaí
Canal Externo
Carta Náutica 1801
Figura II. 22 – Ilustração de parte da Carta Náutica 1801, mostrando as áreas de dragagem do Porto de Itajaí – berços, bacia de evolução,
canal interno e canal externo. Fonte: Sítio eletrônico do Porto de Itajaí – www.portoitajai.com.br
I
N
Desde o final da década de 90, a técnica por injeção de água vem
sendo utilizada na dragagem de manutenção do Porto de Itajaí, não somente no canal
de acesso como também na bacia de evolução e junto ao paramento do cais. A
cobrança destes serviços é efetuada através de um contrato de garantia de
profundidade com valores fixos mensais que funciona como uma espécie de
securitização para manutenção da profundidade local (Sítio eletrônico da Van Oord –
www.vanoord.com, 2005).
A dragagem no estuário do Rio Itajaí-Açú utiliza, com certa alternância,
a mesma proposta de dragagem utilizada no Rio Crouch, localizado no Reino Unido,
onde segundo WINTEWERP et al. (2001) o método por injeção de água emprega a
alternativa chamada ebb-WID, significa dizer que o processo de dragagem é mantido
somente no período compreendido da preamar até a baixamar, para aproveitar a
velocidade gerada pela maré de vazante, mesmo durante os períodos diurno e
noturno, com o propósito de deslocar uma grande quantidade de sedimentos em um
longo percurso em direção as águas mais profundas. No caso do Porto de Itajaí, a
utilização da dragagem no período de vazante visa transportar dos sedimentos
ressuspensos para além do canal da barra, em direção a plataforma continental.
34
II.4.2.3 – Licitações de Dragagem para o ano de 2005
A necessidade de constante dragagem no Porto de Itajaí devido aos
freqüentes depósitos de sedimentos oriundos, principalmente, da hidrodinâmica fluvial
do Rio Itajaí-Açú, determina uma ação constante de dragagem de manutenção para
evitar prejuízos com uma possível redução na profundidade do canal, causando uma
redução de calado nas embarcações que freqüentam o porto. No período final do ano
de 2005, a liberação de verbas para a dragagem depende da aprovação da União,
através do DNIT, além de recursos do próprio porto, conforme pode ser registrado
após pesquisa nos sites do Porto de Itajaí e do Ministério dos Transportes – Projetos &
Programas, www.portoitajai.com.br e www.transpotes.gov.br/ProPro, respectivamente.
1)
Recursos da União:
R$12.000.000,00
2)
Recursos do Porto:
R$ 3.000.000,00
3)
Total dos recursos financeiros:
R$15.000.000,00
Dragagem no Canal de Acesso, na Bacia de Evolução e junto ao Cais de Porto de Itajaí
Situação:
Edital em análise pelo DNIT
Descrição:
Edital de licitação em fase de aprovação MT/DNIT
Previsão:
Início: julho / 2005
Valores:
R$ 12.000.000,00
Responsável:
Administração Porto Itajaí
Término: novembro / 2005
Rubrica: 26.784.0233.3E58.0002
Atualizado em : julho / 2005
Tabela II.2 – Demonstração da situação do edital para dragagem no Porto de Itajaí. Fonte:
Sítio www.transportes.gov.br.
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III – DRAGAGEM POR INJEÇÃO DE ÁGUA – WID
III.1 – Análise do Processo de Dragagem
Para uma melhor compreensão dessa tecnologia, a análise do processo
foi dividida em dois tópicos: o Histórico da Dragagem por Injeção de Água e os
Detalhes da Operação de Dragagem, os quais, a seguir, são descritos.
III.1.1 – Histórico da Dragagem por Injeção de Água
O processo de dragagem por injeção de água, foi desenvolvido na
Europa, mais precisamente na Holanda, em meados dos anos 80 e utilizado a partir de
1987. Esta metodologia foi introduzida nos EUA em 1992, quando uma equipe sênior
da U.S. Army Corps of Engenieers (Corps) representando um Programa de Pesquisa
de Dragagem – DRP (Dredging Research Program) – esteve na Europa em 1990,
reconhecendo o potencial desta nova tecnologia (KNOX, 1994). No Brasil este tipo de
dragagem hidrodinâmica foi inicialmente empregado no Porto de Alumínio da Alumar e
no Porto de Minério na Ponta da Madeira da Companhia Vale do Rio Doce – CVRD,
ambos localizados em São Luís, no Estado do Maranhão. Posteriormente, sua
operação foi iniciada no Porto de Itajaí, aonde vem desenvolvendo atividades de
dragagem de manutenção até o momento (Sitio eletrônico da Van Oord:
www.vanoord.com, 2005).
Neste processo, à distância percorrida pelos sedimentos depende –
além da hidrodinâmica do fluido e das propriedades do material a ser removido – do
formato do talude e da batimetria do fundo, devido ao deslocamento da corrente de
turbidez que é realizado próximo ao leito. Em geral, regiões que possuam leitos com
baixa rugosidade e com materiais finos que apresentem baixa velocidade de queda na
coluna de água, além de uma favorável hidrodinâmica no fluido, registram transportes
desses sedimentos até por alguns quilômetros, enquanto que areias grossas são
movidas a curtas distâncias. A superfície remanescente após a dragagem por injeção
de água é usualmente plana e com pouca rugosidade (Relatório SEBA, 1999; Ospar
Commission, 2004).
36
Outros portos, situados na Holanda, na Alemanha, na Índia e no Reino
Unido, entre os demais, também testaram e estão utilizando, desde a década de 90, a
metodologia de injeção de água em dragagens de manutenção, principalmente devido
seu baixo custo operacional e a versatilidade demonstrada pela atuação de uma draga
compacta e com poucos acessórios (ATHMER, 1996).
III.1.2 – Operação da Dragagem por Injeção de Água
O processo se inicia com a incidência de um jato de água no leito
aquático, com rigoroso controle nas condições de pressão e vazão, propiciando o
surgimento de uma tensão com capacidade de vencer a coesão das partículas de
fundo e gerando uma pluma de sedimentos que se mantém próxima ao leito. Podemos
observar, representado na Figura III.2, a existência de três áreas distintas, a primeira
área representa o local onde o jato de água incide verticalmente no leito do corpo
hídrico, a segunda área é representada por uma zona de transição onde se inicia a
fluidificação das partículas de fundo e na terceira área ocorre à remoção e o transporte
dos sedimentos através da formação da corrente de densidade (WINTERWERP et al.,
2001).
Conforme observações de WINTERWERP et al. (2001), através de
resultados obtidos por modelagens matemáticas e coletas de dados no campo,
indicam que a camada fluidificada de sedimentos gerada pelo processo WID possui
uma concentração de partículas na ordem de 50 – 100 g/l. Como a altura da camada
fluidificada é bem menor que a altura total do meio fluido, a movimentação dessa
pluma de sedimentos não afetaria, de maneira relevante, os movimentos que ocorrem
na parte superior restante da coluna de água. A interação mais importante entre as
duas camadas fluidas é a tensão superficial na interface devido à diferença de
velocidade entre elas. Nesse caso, a melhor solução é manter um gradiente de
densidade pequeno entre essas duas camadas, para diminuir os efeitos de uma
indesejável redução de velocidade horizontal, além de propiciar uma menor
sedimentação das partículas no leito aquático, durante o deslocamento da corrente de
turbidez.
37
Equipamento de Dragagem
Demonstração do Método de Injeção de Água
Corrente de
Densidade
Lança de Injeção
Bicos de
Aspersão
Câmara de Água
Figura III.1 – Ilustração da demonstração do processo de dragagem por injeção de água.
Fonte: Sítio eletrônico www.portodeitajai.com.br.
ILUSTRAÇÃO DO PROCESSO “WID”
1 = Área de Borrifo
2 = Zona de Transição
3 = Área de Transporte
3
2
1
Figura III.2 – Ilustração da formação da corrente de densidade através do processo de
dragagem por injeção de água. Fonte: Winterwerp et al.
38
Observando estudos realizados por NETZBAND et al. (1998) durante
testes de dragagem utilizando esta metodologia, no Porto de Hamburgo – na
Alemanha, foi constatado que a fluidificação da mistura dos sedimentos ressuspensos
no perfil vertical da coluna de água depende, substancialmente, do fluxo de
velocidades locais e da composição dos tipos de sedimentos que formam a pluma. Em
meios fluidos sujeitos a ação de marés, sob determinadas circunstâncias, a
ressuspensão dos sedimentos na coluna líquida poderá ocorrer com maior facilidade.
Porém acentuadas concentrações de materiais em suspensão na coluna de água tem
sido observadas, somente, em curtos períodos e pequenas distâncias. No processo
por injeção de água se procura minimizar a concentração de sedimentos na coluna de
água, visando buscar o maior deslocamento horizontal do material dragado.
Outra observação mencionada e analisada por NETZBAND et al (1998),
durante uma operação de dragagem, é que poucas vezes ocorreu o retorno do
material dragado em direção oposta à trajetória planejada, essa eficiência foi atribuída,
aos estudos prévios efetuados na hidrodinâmica do corpo hídrico e ao constante
monitoramento dos parâmetros operacionais, além do bom desempenho nas
manobras de dragagem.
III.2 – Monitoramento
A análise dos parâmetros operacionais no processo de dragagem por
injeção de água necessita de um extenso programa de monitoramento para avaliar
condições como, o desempenho da dragagem, acurácia dos seus resultados, o
controle dos sedimentos ressuspensos na coluna de água, ou seja, a turbidez e,
finalmente, a trajetória dos sedimentos transportados pela corrente de densidade
(KNOX, 1994).
Portanto, um programa de monitoramento inicial deve ser implantado
para evitar dificuldades operacionais. Este programa deverá ser o mais completo
possível, pois resultará no bom desempenho da dragagem no local desejado. Após a
fase inicial, o acompanhamento instrumental poderá ser reduzido, para possibilitar a
diminuição de custos operacionais, porém de maneira supervisionada, visando manter
um controle operacional satisfatório.
39
A Tabela III.1 relaciona os principais procedimentos recomendados
para monitorar o início de uma operação com o processo WID.
Atividade
Freqüência
Local
Propósito
Batimetria
Antes
Durante
Depois
Toda Área de
Dragagem; Toda
Área de Impacto
Monitoramento
Sedimentos
Antes
Depois
Área Impacto
Área Impacto
Correntes do
Ambiente
Antes
Durante
Amostras da
Coluna de
água
Antes
Durante
Turbidez na
Coluna de
água
Antes
Durante
Amostras
Do Leito
Antes
Depois
Coloração dos
Sedimentos
Antes
Depois
Três pontos na
Área Dragagem
Corte Dragagem
e Impacto em
toda Área
Impacto
Corte Dragagem
e Impacto nas
Áreas próximas a
Dragagem.
Corte Dragagem
e Impacto na
Área de
Dragagem
Área de Corte de
Dragagem
Taxa de Produção; Corte de
Dragagem; Direção e distância
do transporte de sedimentos.
Transporte de Sedimentos –
Distância e Direção – Depósito
da Pluma em Depressões no
Leito.
Regime do Fluxo Aquático;
Impacto na Operação.
Total de Sólidos em Suspensão;
Direcionamento da
Corrente de Densidade.
Medição de mudanças na
qualidade da água –
considerando-se históricos de
medições.
Mudanças nas Características e
no Transporte dos Sedimentos.
Mudanças nas Características
dos Sedimentos.
Tabela III.1 – Sumário das atividades iniciais de monitoramento para o processo de
dragagem por injeção de água. Fonte: Dredging Reaserch – Technical Note–3–10, 1993.
III.3 – Interferência da Dragagem na Biota Local
A fluidificação dos sedimentos de fundo, caracterizado pela ação dos
processos de dragagens hidrodinâmicas, afeta diretamente a comunidade bentônica,
principalmente em regiões estuarinas que, por serem ambientes ricos em fauna e
flora, possuem características adequadas para este estudo.
Para entendermos a interferência deste processo de dragagem em
ambientes aquáticos devemos, primeiramente, registrar alguns fatores que interferem
com a comunidade bentônica.
40
Devido à condição do estuário em ser um sítio de transição entre
ambientes marinhos e fluviais, com a formação de gradientes salinos, as comunidades
bentônicas desses locais apresentam padrões de variação em função da sua
distribuição local. Essas associações, apesar de apresentarem um comportamento
indefinido, podem responder a perturbações de origem natural ou antrópica. Dessa
forma, podem ser importantes indicadores e integradores do estado de perturbação do
ecossistema (MUCHA & COSTA, 1999). Como exemplos, dessa condição, estão os
organismos bentônicos detritívoros de substrato inconsolidado, que revolvem o
sedimento em busca de alimento, incorporando parte desse material. Também
organismos suspensívoros e filtradores da macrofauna consomem materiais tóxicos e
organismos patogênicos da coluna de água (DAY et al., 1989).
Um aumento na carga de sedimento na coluna líquida, oriundo de
fontes externas ou suspendidas do fundo, através de ações naturais ou antrópicas,
diminui a penetração da luz e incrementa a dispersão de oxigênio. O componente
orgânico desse sedimento, rico em microorganismos, pode alterar as características
químicas da água e prejudicar ou favorecer o crescimento planctônico 18. Além disso,
cistos de resistência podem ser ressuspendidos e determinar a ocorrência de espécies
nocivas e oportunistas, com impactos na qualidade da água. Essas mudanças na
comunidade planctônica podem afetar o ecossistema aquático, pelo menos nos
setores diretamente afetados.
Os impactos ambientais associados ao processo de dragagem e
disposição do material dragado podem ser caracterizados por apresentarem efeitos
diretos, sobre habitats e organismos, ou indiretos, atribuídos a alterações na qualidade
da água (KENNISH, 1994). Distúrbios físicos, associados à remoção e recolocação de
sedimentos provocam a destruição de habitats bentônicos, aumentando a mortalidade
desses organismos através de ferimentos causados por ação mecânica durante a
dragagem, ou por asfixia conforme esses são sugados pelas bombas hidráulicas das
dragas. Quanto ao efeito indireto, a ressuspensão do sedimento de fundo remobiliza
contaminantes e nutrientes afetando a qualidade da água e a química global do
estuário.
18
Representa a base da teia alimentar pelágica dos oceanos. É constituída de plantas, animais
e bactérias.
41
Ainda de acordo com DAVIS et al. (1990) e BRAY et al. (1997), com
relação à dispersão e deposição de sedimentos ressuspendidos, há de se considerar
que a ruptura dos sedimentos de fundo pode causar uma grande variedade de
impactos ambientais. As partículas em suspensão podem redepositar no fundo
sufocando os animais bentônicos forçando-os a migrar para outras regiões. Se os
sedimentos em suspensão estiverem em alta concentração e persistirem por longo
período, o que geralmente está relacionado com o tempo destinado à operação de
dragagem hidrodinâmica, a penetração de luz na coluna de água pode reduzir-se,
causando danos às algas fotossintetizantes, corais e outros organismos aquáticos. A
atuação em fundos moles remove os organismos que vivem no sedimento, se a taxa
de sedimentação nessa área for grande, os sedimentos de fundo recentemente
depositados podem formar e restaurar esses habitats quando o trabalho de dragagem
estiver terminado. O conhecimento prévio da hidrografia (fluxos de correntes e marés)
da área a ser dragada é essencial para a identificação de locais mais suscetíveis aos
efeitos desses trabalhos.
Como precaução inicial, uma padronagem nas ações de dragagem
deve ser previamente estabelecida, após estudos direcionados ao ecossistema local.
A princípio, uma atuação intermitente é aconselhável, visando dar tempo de adaptação
ao meio ambiente local. Muito embora as regiões onde as dragagens por injeção de
água atuam são em sítios já continuamente dragados pelos métodos convencionais,
principalmente por dragas autotransportadoras, as quais, normalmente, apresentam
características operacionais intermitentes devido ao deslocamento do equipamento até
a área de despejo. Como o processo WID é caracterizado como dragagem de
manutenção (ATHMER, 1996), sua efetiva interferência na comunidade bentônica, traz
impactos com menor intensidade que a dragagem de aprofundamento ou inicial.
III.4 – Dragagem em Leitos com Materiais Contaminados
Os metais pesados associados aos sedimentos são comumentes
classificados como residuais e não-residuais (CLARK, 1997). Os metais residuais são
definidos como aqueles que fazem parte da matriz silicatada do sedimento e que se
encontram principalmente na estrutura cristalina dos minerais. Já os metais traços
42
não-residuais não fazem parte da matriz silicatada e são incorporados aos sedimentos
por processos tais como adsorção 19, precipitação 20 e complexação 21 com substâncias
orgânicas e inorgânicas.
A fase não-residual dos metais inclui os metais trocáveis (aqueles
fracamente adsorvidos ao material sedimentar), além dos metais associados aos
carbonatos, a matéria orgânica e sulfetos, bem como a óxidos e hidróxidos de ferro
manganês. Nessa fase incluem-se os metais de origem antropogênica e o seu estudo
tem grande importância à medida que eles representam à fração dos metais que
podem eventualmente repassar para o meio aquático através do processo de
dessorção 22, solubilização 23 e “destruição de complexos” 24.
Os mecanismos pelos quais as substâncias tóxicas movem-se da
coluna líquida para o sedimento de fundo e vice-versa são aspectos importantes para
o estudo do transporte de poluentes. Um desses mecanismos envolve a água
intersticial, ocorrendo em sedimentos estuarinos até uma profundidade de um metro
abaixo da superfície do solo. A água retida pelo sedimento fornece um meio propício
para a troca de poluentes entre o sedimento e a água (PARTHENIADES, 1992).
Muitos contaminantes orgânicos possuem uma baixa solubilidade na
água estando, portanto, associados ao material em suspensão e são transportados
para o solo através da deposição desses sedimentos. Poluentes metálicos,
geralmente, estão associados a dejetos industriais e urbanos que liberam partículas
sólidas que ficam em suspensão ou como metais dissolvidos provenientes de práticas
agrícolas e atividades industriais (DAVIS et al.,1990).
A ruptura e desagregação dos sedimentos de fundo podem causar uma
grande variedade de impactos ambientais. Os problemas aparecem principalmente
quando os sedimentos estão contaminados por compostos químicos, resíduos
domésticos, óleos e graxas. Os produtos tóxicos e contaminantes liberados pelos
solos perturbados podem se dissolver ou entrar em suspensão e contaminar ou causar
19
Fixação de moléculas de uma substância na superfície de outra substância.
Processo em que se forma um sólido insolúvel em uma solução.
21
Conjunto de substâncias complexas que possuem qualquer ligação entre si.
22
Nesse caso, significa a transposição de moléculas contaminadas para a coluna de água.
23
Propriedade de uma ou mais substâncias que formam solução com outras substâncias.
24
È a dissociação de substâncias complexas que possuíam qualquer ligação entre si.
20
43
grande mortalidade de espécies estuarinas e marinhas de importância pesqueira direta
e/ou indireta para a região onde está sendo realizada a dragagem.
Conforme descrito por GÓES FILHO (2004), o destino do material
dragado considerando o seu grau de contaminação, pode ser estruturado de acordo
com as seguintes classes:
•
Classe 0 – Está baixo do valor alvo e pode ser disposto em terra ou em
águas superficiais sem restrições.
•
Classe 1 – Excede o valor alvo, mas se encontra abaixo do valor limite,
sendo permitida sua disposição, desde que a qualidade do solo não esteja
significativamente deteriorada.
•
Classe 2 – Excede o valor limite, mas está abaixo do valor de referência
podendo ser disposto em águas superficiais ou em terra, desde que sob
cuidados determinados.
•
Classe 3 – Excede o valor de referência, mas fica abaixo do valor de
intervenção, sendo necessária sua contenção sob condições controladas.
•
Classe 4 – Excede o valor de intervenção e deve ser mantido isolado em
poços profundos ou em terra, a fim de minimizar sua influência sobre o
ambiente.
No Porto de Rotterdam, localizado na Holanda, atualmente o maior da
Europa, são dragados, em média, cerca de 20 milhões de metros cúbicos anuais, para
manutenção de seus canais de navegação. O Porto se situa na embocadura do Rio
Reno, tendo ampla conexão com o mar aberto. O material contaminado dragado em
Rotterdam, independente do local no porto onde seja dragado, quando contém altos
níveis de metais pesados ou HPA – Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos,
provocado por fontes locais (Materiais Classe 4), deverá ser disposto em áreas do
próprio porto especialmente preparadas para esta finalidade. No caso de Rotterdam foi
criada uma área denominada Papegaaiebek (Bico de Papagaio).
44
As Figuras III.3 e III.4 ilustram dois tipos de áreas confinadas utilizadas
para depósito de materiais contaminados, os elevados custos de construção, de
manutenção e de monitoramento tornam muito dispendiosos estes tipos de disposição,
chegando ao custo de cinco vezes mais que uma dragagem convencional sem
restrições, conforme já descrito no capítulo II, subitem II.2.4 – “Dragagens Ecológicas”.
Área Confinada na Superfície
Figura III.3 – Ilustração da “Área Confinada na Superfície” para materiais contaminados,
sem capeamento. Fonte: Sítio www.portofrotterdam.com.
45
Draga
Autotransportadora
Despejo de
areia limpa
Material contaminado
depositado no fundo
aquático e confinado
Cobertura de areia
(Capeamento)
Fundo aquático
Área Confinada Subaquática
Figura III.4 – Ilustração da “Área Confinada Subaquática” para materiais contaminados,
com capeamento.
A atuação de uma operação de dragagem em leitos aquáticos
normalmente
possui
características
bem
impactantes.
Já
existem
estudos
direcionados a operação em leitos contaminados com o projeto de equipamentos de
dragagem especificamente desenhados com a finalidade de gerar pouca turbidez na
coluna de água (OSPAR Commission, 2004). A utilização de Equipamentos Mistos de
dragagem, a princípio, representava uma boa solução técnica para evitar maior
dispersão dos contaminantes no meio aquático (OSPAR Commission, 2004).
Atualmente, novos projetos de desagregadores para dragas hidráulicas e até dragas
pneumáticas vêm se constituindo numa boa alternativa para esse tipo especial de
dragagem, com melhores resultados. A maior dificuldade continua sendo encontrar um
meio de reaproveitamento ou de depósito final desse material contaminado, com
custos razoáveis, já que o tratamento ou o confinamento em áreas reservadas
apresentam grandes dispêndios financeiros, além da necessidade de aprovação,
desses projetos, pelos órgãos responsáveis na fiscalização do meio ambiente.
Normalmente a dragagem de manutenção, muito empregada pelo processo por
injeção de água, quando possível, está sendo tratada com critérios diferenciados,
pelos órgãos ambientais, em relação à dragagem inicial ou de aprofundamento
(OSPAR Commission, 2004), visto que a própria definição dessas metodologias
determinou uma análise particularizada para cada caso.
46
Estudos realizados pela Delft Hydraulics (MC. NAIR, 1994), centro de
estudos hidráulicos, em sua respectiva área de estudos de dragagem, definiu um
período de duas semanas para analisar e registrar o comportamento da dragagem por
injeção de água no Estuário Haringvliet.
Este estuário, localizado na Holanda, compreende uma área de
280.000 m2, com uma camada de 0 a 1,2 metros de argila e silte poluídos
(contaminados por metais pesados e HPA’s , Classes III e IV, conforme classificação
do meio ambiente pelas normas holandesas), a serem removidos em uma
profundidade que variava entre 8 e 12 metros, em um canal de 30 metros de largura e
com talude avante de 1:1000 e com uma depressão de 40 metros a uma distância de
1000 metros do sítio de dragagem. O acompanhamento dessa campanha ficou sob a
responsabilidade da Delft Dredging, sendo definido um plano de operação onde os
efeitos na coluna de água e nas proximidades do fundo foram monitorados e
registrados para posterior análise.
Os principais dados coletados durante a campanha foram: a) os perfis
de densidade na coluna líquida; b) percurso, velocidade e direção da corrente de
densidade; c) turbidez, temperatura e salinidade na linha da água e próximo ao fundo;
d) registros batimétricos com eco-sonda; e) amostras em toda coluna de água para
inspeção visual e posterior análise química.
Após isso, um programa de manipulação dos dados obtidos foi
associado ao plano de dragagem, onde a cada dia, uma revisão das atividades era
efetuada para instruir novas tarefas no recolhimento das informações. Baseado em
suas experiências e expectativas foram utilizados os métodos mais apropriados para
obter as melhores informações ao programa de estudos implantados diariamente.
Uma das ferramentas determinantes para a preservação de uma
operação de dragagem ecológica ou ambiental é a constante preocupação com a
turbidez na coluna de água gerada pelo processo, pois a elevação dos sedimentos de
fundo causa impacto ambiental além dos limites da área de dragagem, podendo
causar adsorção de contaminantes pelas partículas de silte.
47
Essa parte da poluição poderá ser mobilizada por reação química para
águas posteriores ou próximas ao sítio de dragagem. Isso implica registrar que, a
partir da turbidez, a composição de poluentes e suas reações químicas em águas
próximas também são importantes para se analisar, uma vez que o material de fundo
é ressuspenso pelo processo de dragagem.
Esses aspectos químicos deflagrados pelo processo de dragagem por
injeção de água – WID foram investigados por um programa preliminar de
monitoramento, que consiste em coletar amostras de água durante um dia em três
localizações, isto é, no sítio de dragagem, em sua trajetória e no local de depósito dos
sedimentos. Todas as amostras foram colhidas em vários níveis da coluna de água.
O principal questionamento desse programa de monitoramento foi
verificar
se
o
comportamento
dos
componentes
químicos,
comparados
ao
comportamento das partículas de sedimentos durante a dragagem, apresenta alguma
indicação da mobilização dos sedimentos contaminados na coluna de água além dos
sítios operacionais.
Um dos resultados finais desse trabalho indicou que o incremento da
concentração de PAH – Poly Aromatic Hydrocarbons ou HPA – Hidrocarbonetos
Policíclicos Aromáticos – em relação aos sedimentos suspensos, devido à mistura de
partículas poluídas na água, foram determinados primeiramente pela suspensão do
material concentrado e posteriormente devido a uma forte indicação de uma
substancial ocorrência de dessorção para as partículas suspensas no fluido.
Os valores obtidos, nas medições executadas nesse projeto, permitiram
concluir que, a dispersão de poluentes durante uma operação de dragagem depende
das partículas existentes na própria coluna de água, pois através da adsorção e
dessorção dos sedimentos poluídos, mesmo com pouca turbidez, podem gerar uma
intensa propagação desses poluentes em grande extensão do corpo hídrico, não
somente pelo processo de dragagem hidrodinâmica como também em outros métodos
de dragagem (Mc. NAIR, 1994).
Particularizando a dedução desses procedimentos para o processo de
dragagem por injeção de água, pode-se ainda afirmar que, a “Classe de Materiais
48
Contaminados” nos 3 e 4, citados no capítulo III – subitem III.4, na página 44, não são
recomendadas à atuação de dragagens hidrodinâmicas, tendo em vista a possível
contaminação de outros ambientes além do sítio operacional. Como o processo
estudado na Holanda se baseou somente no aspecto qualitativo da propagação dos
materiais contaminados, não se pode afirmar, com convicção, qual a quantidade de
poluentes que estariam sendo transferidos para outros sítios, pois, nesse caso,
haveria necessidade de se quantificar o quanto os processos de adsorção e
dessorção, oriundos de substâncias nocivas, contaminariam outras áreas do estuário.
Segundo o sítio eletrônico www.portodesantos.com.br, o projeto da
primeira dragagem com controle ambiental do Brasil prevê a dragagem do canal de
Piaçagüera em Cubatão, com 5100 metros de comprimento e profundidade mínima de
12 metros, que atende os terminais marítimos da COSIPA e da FOSFERTIL. O
princípio básico do Estudo de Impacto Ambiental / Relatório de Impacto do Meio
Ambiente (EIA / RIMA) é pioneiro no Brasil por compatibilizar operações da dragagem
ambientalmente adequadas com o “gerenciamento de passivos” 25.
O estudo final para a dragagem, desses passivos, incorpora os estudos
realizados nos últimos cinco anos e também as sugestões obtidas durante as
audiências públicas e as recomendações da Secretaria do Meio Ambiente e do
IBAMA. Entre as vantagens da solução adotada estão: solução dentro da área de
responsabilidade do empreendedor, licenciamento em etapas, diversas áreas de
disposição dos sedimentos, isolamento e confinamento do material contaminado,
utilização de áreas já impactadas (não gerando novos passivos), concilia a disposição
com a recuperação ambiental e prevê soluções para futuras dragagens.
Neste contexto, podemos finalizar que, na operação em áreas com
materiais contaminados a utilização de dragas ecológicas e o depósito em diques
fechados nos próprios sítios de dragagem, conforme já mencionado no capítulo III –
subitem III.4, nas páginas 45 e 46, representam a solução mais aceita pelas
comunidades ligadas a dragagem e a preservação ambiental, se constituindo na
melhor opção tecnológica da atualidade, com recomendações, não somente, em
vários países na Europa, como também nos EUA.
25
Trata-se do monitoramento constante dos materiais contaminados devido à permanência em
solos preparados para despejo, no próprio sítio operacional.
49
III.5 – Equipamentos de Dragagem – WID
A configuração e o detalhamento dos equipamentos que realizam a
dragagem por injeção de água são relativamente simples se comparados com a
maioria das dragas convencionais (Relatório U.S. Army Engineer DRP-3-10, 1993), no
entanto a versatilidade e a produtividade relativa 26 dessas dragas as tornam
equipamentos com um bom desempenho operacional, evidenciando, assim, um dos
aspectos positivos do processo. A seguir, faremos um breve detalhamento:
III.5.1 – Configuração e Seleção dos Equipamentos
A configuração básica do equipamento de dragagem se constitui, num
flutuante com ou sem propulsão, pelo menos uma moto-bomba hidráulica com
capacidade para gerar alta vazão a baixa pressão e um sistema de tubulação de
dragagem contendo uma câmara de água na sua extremidade, onde estão instalados
vários pulverizadores ou bicos de aspersão (KNOX et al.,1994).
Equipamentos mais sofisticados com maior manobrabilidade e mais
produtivos contêm, além dos equipamentos singulares já descritos, instrumentação
para monitoramento operacional, propulsão própria e sistemas de compensação de
ondas que permitem a operação de dragagem até sob certas condições de ondas de
marés meteorológicas, além de dois motores-bomba hidráulicos.
Para selecionar o equipamento mais adequado a uma operação de
dragagem, particularmente pelo método WID, algumas características da draga
deverão ser previamente observadas, possibilitando a utilização do mecanismo mais
apropriado ao menor custo, para cada necessidade operacional, assim se destacam
as seguintes propriedades:
•
Possuir capacidade de produção operacional para atender o período de obra
previsto;
26
Retrata o resultado da relação entre a potência total instalada e a produtividade operacional
do equipamento de dragagem (kW/m3).
50
•
Possuir capacidade para alcançar a profundidade estipulada no projeto de
dragagem, inclusive considerando as condições de marés astronômicas;
•
Possuir dimensões e recursos mecânicos que permitam acessar e manobrar
em todos os locais previstos para a obra de dragagem, como por exemplo, o
calado da embarcação para acesso as áreas com pouca profundidade;
•
Possuir potência de propulsão suficiente para superar as correntes existentes
no sítio operacional;
•
Possuir acessórios que permitam operar sob certas condições de intempéries,
como por exemplo, radar, para auxílio na navegação e compensador de ondas
para dragagem sob certas condições de ondas de marés meteorológicas;
•
Possuir alojamentos para abrigar a tripulação, principalmente quando a
operação de dragagem for realizada em locais muito distantes das cidades ou
de difícil acesso à draga;
•
Possuir instrumentos adequados ao monitoramento dos principais parâmetros
de dragagem, como eco-sondas, para inspecionar as profundidades e GPS –
Sistema de Posicionamento Eletrônico, para evitar dragagens fora do projeto.
Além desses quesitos, um bom histórico operacional do equipamento
pode ser considerado como um acréscimo de grande valor ao critério seletivo,
principalmente quando se tratar de obras de dragagem similares.
51
A figura III.5 ilustra, com detalhes, o perfil de uma draga de pequeno
porte que utiliza o método de dragagem por injeção de água.
Convés
Principal
Câmara de
Injeção de Água
Guincho do Tubo de Injeção
Lança do
Guincho
Embarcação
com
Propulsão
Cabine de Comando
Bomba Hidráulica
Tubo de
Sucção
Câmara de
Injeção de Água
Tubo de Injeção
de Água
Profundidades
de
Dragagem
Figura III.5 – Ilustração do arranjo geral de uma draga de injeção de água, de pequeno
porte, com propulsão própria. Fonte: Sítio eletrônico www.musing.nl.
52
III.5.2 – Detalhamento dos Equipamentos
O detalhamento de um equipamento de dragagem, normalmente, é
caracterizado por sua capacidade produtiva, estando diretamente relacionado ao seu
tamanho físico e a potência instalada dos seus mecanismos. Neste caso, a descrição
de um equipamento simples do processo WID se torna mais fácil à compreensão do
sistema operacional. Assim, são ilustrados três tipos de diferentes capacidades:
GERAL
Nº. Construção: 2039
Ano de construção: 1999
Embarcação: Draga Injeção de Água
DIMENSÕES
Comprimento: 15,50 m.
Boca: 6,06 m.
Calado: 2,25 m.
PERFOMANCE
Tração: 7,6 ton (m)
Velocidade: 8,5 nós
SISTEMA DE PROPULSÃO
Motores Principais: 2 x Caterpillar
Potência Instalada: 448 kW a 1800rpm
Redutoras: 2 x Twin Disc – 2,95:1
Hélices: 2 x bronze – passo variável
Diâmetro Hélices: 1000 mm
EQUIPAMENTOS AUXILIARES
Gerador: 51 kVA, 230/400V, 50 Hz
Guincho do Convés: 15 t – 5 m/min.
Ventilação das máquinas: 16000m3/h
Sistema CO2 de combate a incêndio
Bombas Hidráulicas: Sterling SIHI
Guindaste de Convés: Effer 20000-2S
Guincho de Reboque: 15 ton.
EQUIPAMENTOS NÁUTICOS
Radar: Furuno FR 8031D
Ecossonda: MEL 90
Rádio VHF: Shipmate RS 8300
Navegador Navitex: SRH – NAV 5
Agulha Magnética: Observator MK-16
EQUIPAMENTOS DE INSPEÇÃO
Duto de Sondagem
Registrador Gráfico de Ecossonda
Computador de bordo
Figura III.6 – Ilustração e detalhamento de uma draga de injeção de água propelida.
53
“Empurrador”
“Flutuante”
Bomba
Hidráulica
Cabos de
Içamento
Draga de Injeção de Água
Tubo de água
“BALDUR”
Nome Baldur
Tipo Draga de Injeção de Água
Ano de Construção 1990
Dimensões Comprimento Draga 6.00 m
Comprimento Total 8.15 m
Boca Máxima 3.50 m
Calado Empurrador 1.10 m
Calado Flutuante 0.60 m
Pesos Empurrador 4.50 tons
Flutuante 1.50 tons
Profundidade Max. Dragagem 6.50 m
Largura de Dragagem 2.00 m
Potência Total Instalada 75 kW
Bomba do Jato 800 m3/h com 3 aletas
Figura III.7 – Ilustração de uma draga de injeção de água não propelida e de pequeno
porte. Fonte: Sítio eletrônico www.vanoord.com.
54
Draga de Injeção de Água
“ANTAREJA”
Mastro Principal
Superestrutura
Guincho
do Tubo de
Injeção
Sistema de
Governo e de
Propulsão
Guindaste
de Proa
Tubo de Injeção de água
Bicos de Aspersão
Câmara de Água
Convés Principal
Tubos de
Sucção
BB e BE
Lancha de
Sondagem
Figura III.8 – Ilustração e arranjo geral da draga de injeção de água propelida, de grande
porte. Fonte: Sítio eletrônico www.vanoord.com.
55
Nome
Tipo
Classificação
Antareja
Draga de Injeção de Água
Bureau Veritas I, " Hull, " Mach,
draga, navegação irrestrita
Ano de Construção
1995
Dimensões
Comprimento total 47.17 m
Boca 11.20 m
Calado Máximo 4.00 m
Calado Internacional 2.84 m
Prof. Máxima Dragagem
30 m
Largura de Dragagem
11 m
Potência dos Propulsores 2 x 450 kW
Propulsor Lateral
261 kW
Potência Total Instalada
2,096 kW
Bombas de Jato
2 x 350 kW
Figura III.9 – Ilustração do quadro contendo as principais características da draga
ANTAREJA. Fonte: Sítio eletrônico www.vanoord.com.
III.5.3 – Relação das Principais Dragas de Injeção de Água
A seguir são relacionados os equipamentos WID que fazem parte do
parque de dragas da empresa holandesa Van Oord, atual detentora da patente do
processo WID, após sua união com a, também empresa holandesa, Ballast Ham.
Equipamento
Principais
Potência Instalada
Profundidade de
Dimensões (m)
(kW)
Dragagem (m)
Norham Camorim
38.87 x 10.00 x 3.50
2,137
26
Sagar Manthan
40.60 x 11.20 x 4.00
2,106
30
Antareja
40.60 x 11.20 x 4.00
2,096
30
Iguazú
23.15 x 10.00 x 4.20
2,078
27
Jetsed
28.50 x 13.80 x 2.20
1,621
25
Njörd
29.00 x 8.24 x 2.48
1,584
19
HAM 922
14.54 x 6.06 x 2.40
542
20
8.15 x 3.50 x 0.60
75
7
Baldur
Tabela III.2 – Relação dos equipamentos de dragagem por injeção de água da empresa
holandesa Van Oord, em operação em vários países. Fonte: Sítio www.vanoord.com.
56
III.5.4 – Versatilidade Operacional dos Equipamentos
A manobrabilidade das embarcações de dragagem por injeção de água,
devido às suas reduzidas dimensões e grande versatilidade operacional, torna-as
compatíveis para utilização em pequenos portos ou marinas. Adicionalmente a
dragagem de manutenção generalizada, esse processo poderá remover sedimentos
onde outros equipamentos são menos producentes, assim podemos destacar sua
operacionalidade em diversas áreas que apresentam restrições operacionais (Sítio
eletrônico da Van Oord – http://www.vanoord.com, 2005), conforme os seguintes
detalhamentos:
•
Em taludes e caminhos sinuosos de canais de navegação;
•
Em paramentos de cais nos portos e anteparas de diques secos;
•
Embaixo de Cais, Piers e no costado de embarcações ou cascos
soçobrados;
•
Em nivelamento de fundo de um corpo aquático, devido existência de
tubulações ou seções de túneis;
•
Em incremento de profundidade localizada e restrita, para assentamento de
cabos submarinos e linhas de dutos;
•
Em nivelamento de áreas dragadas para redução de baixios e com isto a
minimização de custos, principalmente em leitos dragados por dragas
autotransportadoras.
Outro fator de importância operacional é a possibilidade de
manter a dragagem em acessos aquaviários com grande fluxo de embarcações, visto
que a pluma de sedimentos, que se forma próxima ao leito do fluido, se desloca
embaixo dos cascos dos navios sem prejudicar suas trajetórias ou manobras. Além
disso, a dinâmica desse processo de dragagem, aliada à versatilidade operacional do
equipamento, permite que um berço de cais possa ser efetivamente dragado durante o
período que envolve a desatracação e atracação de embarcações no mesmo berço,
sem haver necessidade de interrupção das manobras efetuadas pela praticagem 27
(Sítio eletrônico da Van Oord – www.vanoord.com, 2005).
27
Organização responsável pela condução de embarcações, até a área portuária, em sistemas
aquaviários com restrições de navegação.
57
III.6 – Dados Operacionais de Dragagem
Para garantir que os sedimentos sejam removidos adequadamente com o
sistema de dragagem por injeção de água precisamos considerar os seguintes fatores
inerentes à execução do processo, identificados no sítio eletrônico da empresa Van
Oord (www.vanoord.com, 2005):
1) O diâmetro dos furos de jateamento, localizados na câmara de aspersão.
2) A vazão da água que flui pelos jatos.
3) A velocidade de avanço da câmara de aspersão.
4) A distância da lança de injeção em relação ao fundo.
Acompanhamentos em duas campanhas de campo realizadas
nos Estados Unidos, no Rio Mississipi, comandadas pela U.S. Army Corps of
Engineers juntamente com Gulf Coast Trailing Company of New Orleans (BORST et
al., 1994), com a participação da empresa holandesa HAM Holland, registraram os
seguintes parâmetros:
Item
Descrição dos Parâmetros de Dragagem
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
Dimensão da Partícula de Fundo
Talude da Área de Dragagem/Canal até boca da barra
Produção da Draga
Deslocamento da Pluma de Sedimentos
Proximidade do Fundo da Corrente de Densidade
Trajetória Percorrida pela Pluma de Sedimentos – Max
Número de Injetores na Câmara de Aspersão
Diâmetro dos Injetores da Câmara de Aspersão
Largura da Câmara de Aspersão x Diâmetro tubulação
Vazão Máxima das Bombas Hidráulicas
Velocidade da Draga Durante Operação de Dragagem
Distância dos Injetores em Relação ao Fundo
Velocidade da Corrente de Densidade
Material em Suspensão na Coluna de Água
Material Suspensão durante Atividade de Dragagem
Densidade Média da Pluma de Sedimentos
Valores
Registrados
160 ~ 175 mícron
1:100 ~ 1:350/1:1000
995 ~ 1225 m3/h
~ 250 m
0,5 ~ 1,0 m
~ 250 m
42
60 ~ 75 mm
13,8 m x 800 mm
12000 m3/h
0,5 ~ 2,0 m/s
0 ~ 0,5 m
0,3 ~ 0,5 m/s
15, 20 / 100, 150mg/l
50 ~ 100 g/l
1020 ~ 1100 kg/m3
Tabela III.3 – Registros dos principais parâmetros obtidos durante a operação de
dragagem por injeção de água no Rio Mississipi – EUA. Fontes: Dredging’ 94, 1994 e
sítio eletrônico www.vanoord.com.
58
III.7 – Parâmetros Operacionais de Dragagem
Os principais parâmetros de uma operação de dragagem estão
relacionados com a taxa de produção do equipamento, espessura, largura e
comprimento de corte. Uma análise de cada um destes itens torna-se necessária para
compreensão dos parâmetros operacionais no processo WID.
1 – A taxa de produção de um equipamento é o resultado de seu
desempenho operacional. As dragas de injeção de água, de alta capacidade,
registram uma produção aproximada de 1110 m3/h (KNOX, 1994). Como exemplo
pode-se considerar a draga Iguazú, atualmente dragando o Porto de Itajaí, cuja
potência total instalada é 2078 kW, conforme dados da Tabela III.2 deste texto. Neste
caso o valor da relação é de 1,87kW/m3. Equipamentos com menor capacidade como
a draga Ham 922 com 542 kW (Tabela III.2) apresentam uma melhor relação potência
total instalada por produção, porém este equipamento possui limites operacionais por
não possuir alojamentos para a tripulação ou facilidades para um trabalho ininterrupto,
necessitando, ainda, que o local de operação seja abrigado de intempéries e com fácil
acesso à draga para manutenções e permuta da tripulação.
2 – A espessura, largura e comprimento do corte de dragagem são
fatores que dependem do volume de material e a dimensão da área de dragagem,
dentro dos limites do sítio operacional. A princípio, uma espessura e largura de corte
não muito extensas e um bom comprimento de ação, representam boas características
da área de dragagem para propiciar um bom desempenho operacional. Quanto à
atuação dos equipamentos de dragagem, alguns aspectos adicionais são importantes
para fluidificar os sedimentos de fundo e induzir a formação da corrente de densidade,
os quais a seguir são transcritos (Sítio eletrônico da Van Oord, 2005; BORST et al.,
1994):
•
Diâmetro dos bicos de aspersão: 60 a 75 mm e 80 a 90mm.
•
Vazão da água que flui dos jatos: depende da capacidade das bombas
hidráulicas da draga (até 2 x 6000m3/h), para a draga Iguazú até 2 x 5500m3/h.
•
Velocidade de avanço da câmara de aspersão: aproximadamente 2 m/s.
•
Distância da lança de injeção em relação ao fundo: 0,5 a 1,0m.
59
3 – O deslocamento da corrente de densidade pode ser analisado
através da similaridade com as condições de escoamentos naturais. Assim, a
utilização dos números adimensionais como: Froude densimétrico, Richardson e
Reynolds (ALEXANDER e MULDER, 2002), utilizando, por exemplo, valores obtidos
em campanhas de medição desenvolvidas no rio Mississipi (BORST et al., 1994),
podem se obter valores para desenvolver os resultados destes parâmetros.
III.8 – Diagrama em Blocos do Método Por Injeção de Água
Para melhor ilustrar as características básicas de uma operação de
dragagem por injeção de água foi montado um diagrama em blocos, ilustrado na
Figura III.10, agrupando as suas principais atividades com os seus acessórios
operacionais, os quais, juntos, determinam a viabilidade desta metodologia.
Dessa
forma,
iniciando
a
configuração
do
diagrama,
foram
considerados três itens de grande importância, que são responsáveis pela efetivação
deste método: 1) o “Sistema Operacional” que envolve os equipamentos e a
tripulação, para propiciar a remoção do material dragado, assim como a manutenção
da trajetória dos sedimentos; 2) a “Corrente de Densidade” responsável pelas
características hidrodinâmicas, introduzidas artificialmente e influenciada pelas
correntes naturais, para propiciar o deslocamento do material dragado e 3) o “Material
do Leito” que representa o conhecimento dos sedimentos de fundo juntamente com a
topografia do leito aquático, para determinar a distância que a pluma de sedimentos
poderá ser deslocada, a partir do sítio de dragagem até o seu depósito planejado.
Estes três blocos iniciais são condições imprescindíveis para a
metodologia WID tornar-se operacional, a ausência de qualquer uma das três citadas
atividades inviabiliza este processo de dragagem. Os blocos de atividades e
características subseqüentes podem ser alterados a partir do momento em que a área
de dragagem ofereça boas condições operacionais, tornando-se desnecessário, por
exemplo: a) o monitoramento da descarga de águas continentais, quando não interferir
com o processo, b) a utilização de equipamentos como compensadores de ondas,
tendo em vista a pouca interferência de ventos e intempéries, c) operação em áreas
muito pequenas que não justifiquem o emprego do GPS; assim como outras
60
características que poderiam propiciar uma diminuição no diagrama montado.
Contudo, o conjunto de blocos contempla o processo WID da maneira mais completa
possível, visando mostrar que apesar de ser um método de dragagem versátil e
moderno, as variedades e as interdependências de suas atividades podem se tornar
bastantes abrangentes, principalmente em regiões que se encontram influenciadas por
processos hidrodinâmicos naturais ou artificiais, além de uma significativa variação na
concentração dos sedimentos de fundo, o que, quase sempre, ocorre em regiões
costeiras.
61
DRAGAGEM POR INJEÇÃO DE ÁGUA
“WID”
Sistema
Operacional
Corrente de
Densidade
Força
Gravitacional
Manutenção
da Trajetória
Embarcação
Hidrodinâmica
Equipamentos
de Dragagem
Correntes do
Naturais
Instrumentos de
Monitoramento
Posicionamento
Material
do Leito
Diferença de
Densidade
Topografia
de Fundo
Presença de
Contaminantes
Características
das Partículas
Coesão dos
Sedimentos
Radares
Descarga
Continental
Adsorção
Tamanho
Tensão de
Cisalhamento
Tubo de
Dragagem
GPS
Maré
Astronômica
Dessorção
Forma
Dureza
Propulsor
Lateral
Câmara com
Pulverizadores
Eco-Sonda
Ventos
Superfície
Peso
Específico
Plasticidade
Sistema
Governo
Guinchos do
Tubo Injeção
Folha de Bordo
Eletrônica
Ondas Marés
Meteorológicas
Velocidade
Queda - Ws
Tripulação
Treinada
Compensador
de Ondas
Sem
Propulsão
Com
Propulsão
Propulsão
Auxiliar
Propulsores
Tripulação
Treinada
Conjunto
Moto-Bomba
62
Figura III.10 – Ilustração mostrando o diagrama em blocos cujo detalhamento considera as características básicas da operação de dragagem
por injeção de água – WID.
IV – ANÁLISE COMPARATIVA DOS PRINCIPAIS MÉTODOS DE DRAGAGEM
Além da variedade de técnicas utilizadas para remoção do material a
ser dragado, uma das principais diferenças entre os métodos de dragagem
convencionais e os hidrodinâmicos, consiste na maneira como o transporte do material
removido é conduzido até o local de sua deposição final. Esta singularidade pode
determinar alterações significativas na produção nominal de cada tipo de metodologia.
Outros fatores como, o tipo de material a ser dragado, a distância da área de
dragagem ao despejo e a distribuição dos sedimentos no sítio de dragagem, dispersos
ou aglutinados, juntamente com a capacidade nominal de cada tipo de equipamento,
também são determinantes na produtividade de uma operação de dragagem.
Para quantificar a produção dos equipamentos de dragagem é
necessário
considerar
certas
propriedades
operacionais,
assim
como
as
características de cada tipo de equipamento. Literaturas específicas como a de BRAY
(1979), “Dredging, a Handbook for Engineers”, ajudam na análise operacional de
alguns tipos de dragas de diferentes processos, tornando possível a simulação da
produção em dragagens de manutenção, com materiais de fácil remoção. Após os
resultados, pode-se comparar a produção de cada processo de dragagem, já
devidamente identificados no capítulo II: Dragagem Mecânica, Dragagem Hidráulica e
Dragagem Hidrodinâmica, que aqui serão representadas por: Dragas de Alcatruzes,
Dragas de Sucção e Recalque, Dragas Autotransportadoras e Dragas de Injeção de
Água, respectivamente.
IV.1 – Dragas de Alcatruzes: Os parâmetros para determinação da
taxa de produção deste tipo de draga (figura II.3) são bastante complexos, pois
envolvem diversos equipamentos auxiliares que influenciam na produção efetiva de
dragagem, como a seguir é demonstrado através de valores adotados para uma draga
de alcatruzes, de médio porte, com caçamba de 800 litros e 4 batelões
autopropulsados com capacidade na cisterna de 800m3, o que permite fechar o “ciclo
de dragagem” 28, para esta condição simulada. Neste cálculo foi considerada a argila
mole como principal material de dragagem.
28
Determina a quantidade de batelões necessários para manter a continuidade operacional da
draga de alcatruzes, enquanto os outros batelões carregados completam o tempo de viagem
de ida e volta ao despejo, seqüencialmente.
63
1.1 – Produção de Dragagem (Pd):
Pd = Cc . Rr . Cec
Onde:
Cc – Capacidade da caçamba
= 800 litros
Rr – Rotação do rosário
= 20 caç/min
Cec – Coeficiente de enchimento da caçamba
= 75%
Pd = 800 x 20 x 0,75
Pd = 720m3/h
1.2 – Cálculo do Volume da cisterna do Batelão (Vb):
Vb = Cb . Ce
Onde:
Cb – Capacidade de carga do batelão
= 800m3
Ce – Coeficiente de enchimento
= 90%
Vb = 800 x 0,90
Vb = 720m3
1.3 – Tempo de Carga no Batelão (Tc):
Tc = Vb : Pd
Tc = 720 : 720
Tc = 1h
1.4 – Ciclo Operacional (Co):
Co = Tc + Tv + Ta
Onde:
Tc – Tempo de carga no batelão
= 1,0h
Ta – Tempo de atracação
= 0,2h
Td – Tempo de desatracação
= 0,1h
Co = 1,0 + 0,2 + 0,1
C = 1,3h
1.5 – Cálculo do Volume da Cisterna, “in situ” (Vc):
Vc = V. Ce. Es
Onde:
V – Volume total da cisterna
= 800m3
Ce – Coeficiente de enchimento
= 90%
Es – Empolamento sugerido
= 70%
Vc = 800 x 0,90 x 0,70
Vc ≅ 504m3
64
1.6 – Cálculo das Horas de Operação (Hop)
Hop = Ht . Cop
Onde:
H – Regime de trabalho (24h/dia x 26 dias)
= 624h/mês
Cop – Coeficiente operacional
= 70%
Hop = 624 x 0,70
Hop ≅ 437h/mês
1.7 – Cálculo do Número de Ciclos Mensais (Nc)
Nc = Hop : Co
Nc = 437 : 1,3
Nc ≅ 336 ciclos/mês
1.8 – Cálculo Teórico do Volume Mensal “In Situ” (Vm)
Vm = Vc . Nc
Vm = 504 x 336
Vm ≅ 169.300m3
1.9 – Determinação da Taxa Média de Produção (Tp)
Tp = Vm : Hop
Tp = 169.300 : 437
Tp ≅ 387m3.h-1
1.10 – Outros Dados
•
Potência total instalada: 6.200kW.
•
Relação Potência-h/Produção: 6.200kWh : 387m3.h-1 = 16,02kW/m3
Diante dos valores atribuídos para determinação da produção de uma
dragagem com draga de alcatruzes, algumas observações devem ser evidenciadas:
A – Para o coeficiente médio de enchimento de caçambas foi
considerado o percentual de 75%, devido: 1) tipo de material dragado, no caso argila
mole, que não apresenta forma consistente; 2) inconsistência na distribuição do
material no fundo, gerando menor eficiência operacional, em função da espessura de
corte variável e 3) perda total do enchimento da caçamba, ao final do corte.
65
B – O coeficiente operacional de dragagem, atribuído em 70%,
considera paralisações devido: 1) remanejamentos dos ferros de dragagem, para
avanço no corte; 2) remoção de escombros das caçambas; 3) pequenos reparos no
rosário 29 e 4) tráfego de navios na área de dragagem.
C – Para o coeficiente de empolamento de material dragado foi
considerada uma perda de 30% em relação ao volume “in situ”, devido à absorção de
água pela argila mole e a nova compactação deste material na cisterna do batelão,
quando removida do leito pelo processo mecanizado.
D – O valor de 90% para o enchimento volumétrico da cisterna do
batelão significa o percentual de carga sólida transportado pelo mesmo após o seu
carregamento por uma draga de alcatruzes, dragando argila mole. O percentual
restante, 10%, registra o valor médio de água na cisterna do batelão.
E – O período despendido na atracação e desatracação dos batelões
na draga, foram atribuídos valores para uma ótima sincronização operacional, isto
representa seis minutos para desatracação e doze minutos para atracação, de
maneira seqüencial, não havendo interferências entre as duas ações.
F – Para fixar o período de operação mensal em 26 dias, foram
considerados quatro dias para outras atividades: 1) manutenções semanais dos
equipamentos de dragagem; 2) abastecimentos de água e óleo e 3) Folga semanal da
tripulação.
G – Na determinação da potência total instalada dos equipamentos
foram consideradas as informações descritas no sítio da Van Oord e IHC Holland. No
valor total estão incluídos: 1 ) Uma Draga de Alcatruzes: 1500kW; 2) Quatro Batelões
Autopropulsados: 4 x 1000kW; 3) Um Rebocador: 600kW; 4) Uma Cábrea 30 com
capacidade de 15 toneladas: 100kW.
29
Conjunto de caçambas da draga de alcatruzes que se constituem na ferramenta de corte do
material dragado.
30
Guindaste flutuante, neste caso, sem propulsão.
66
IV.2 – Dragas Autotransportadoras: Este tipo de draga hidráulica
(Figura II.6) foi projetada para navegar até o local de despejo a fim de liberar o
material dragado depositado em sua cisterna. Para calcularmos a produção deste
equipamento serão consideradas as seguintes características operacionais da draga
Macapá, de médio porte, de propriedade da empresa de dragagem Dragaport Ltda.,
conforme dados verificados em seu sítio eletrônico (www.dragaport.com.br, 2006).
Para este cálculo foi considerada a areia média como principal material de dragagem:
2.1 – Ciclo Operacional (Co):
Co = Tc + Tv + Ta
Onde:
Tc – Tempo de carga na cisterna
= 1,0h
Tv – Tempo (ida/volta) à área de despejo
= 2,8h
Ta – Tempo de descarga
= 0,2h
Co = 1,0 + 2,8 + 0,2
Co = 4,0h
2.2 – Cálculo do Volume da Cisterna, “in situ” (Vc):
Vc = Vt. Ce. Es
Onde:
Vt – Volume total da cisterna
= 5.600m3
Ce – Coeficiente de enchimento
= 80%
Es – Empolamento sugerido
= 85%
Vc = 5.600 x 0,80 x 0,85
Vc ≅ 3.800m3
2.3 – Cálculo das Horas de Operação (Hop)
Hop = Ht . Co
Onde:
Ht – Regime de trabalho (24h/dia x 26 dias)
= 624h/mês
Co – Coeficiente operacional
= 90%
Hop = 624 x 0,90
Hop ≅ 562h/mês
2.4 – Cálculo do Número de Ciclos Mensais (Nc)
Nc = Hop : Co
Nc = 562 : 4
Nc ≅ 140 ciclos/mês
67
2.5 – Cálculo Teórico do Volume Mensal “In Situ” (Vm)
Vm = Vc . Nc
Vm ≅ 532.000m3
Vm = 3.800 x 140
2.6 – Determinação da Taxa de Média de Produção (Tp)
Tp = Vm : Hop
Tp ≅ 947m3.h-1
Tp = 532.000 : 562
2.7 – Outros Dados
•
Potência total instalada: 11.500kW (www.dragaport.com.br, 2006).
•
Relação Potência-h/Produção:11.500kWh : 947m3.h-1 = 12,14kW/m3
Diante dos valores atribuídos para determinação da produção de uma
dragagem
com
draga
autotransportadora,
algumas
observações
devem
ser
consideradas:
A – Através de revistas técnicas como World Dredging, publicadas na
Europa, podem ser obtidos alguns valores para obtenção dos seguintes coeficientes:
1) Rendimento volumétrico da cisterna: 80%; 2) Taxa média de empolamento para
areia: 85%; 3) Rendimento operacional para dragas autotransportadoras: 90%.
B – O ciclo de dragagem corresponde ao somatório dos seguintes
tempos: tempo de bombeamento ou carregamento, tempo de descarga do material
dragado e tempo de ida e volta até a área de despejo. Estes itens variam de acordo
com as características de cada obra de dragagem. Neste caso foi definido o tempo de
2,8h, por se tratar de uma média na dragagem dos principais portos brasileiros.
C – O rendimento operacional da draga representa um valor que
determina uma redução operacional devido, ao tráfego de navios, manobras da draga
e descontinuidade dos sedimentos na área de dragagem, afetando o desempenho do
equipamento.
D – A capacidade da cisterna de 5600 m3 foi escolhida por se tratar de
uma draga autotransportadora de médio porte muito utilizada, na atualidade, em
diversas partes do Mundo, principalmente no Brasil.
68
IV.3 – Dragas de Sucção e Recalque: São equipamentos que utilizam
o processo hidráulico de dragagem através de bombas hidráulicas que succionam e
recalcam o material dragado até o seu depósito final. Esse material é constituído por
uma mistura de água com sedimentos fragmentados por ação mecânica de
componentes denominados de desagregadores que são constituídos por lâminas
serrilhadas para melhorar a eficiência da dragagem. A partir do sítio eletrônico
www.ihcholland.com foi selecionada a draga (SR) 31 IHC Beaver 3800 NG para,
através de suas características de dragagem, processar os cálculos operacionais
necessários na simulação da produção deste tipo de equipamento.
3.1 – Cálculo das Horas de Operação (Hop)
Hop = Ht . Co
Onde:
Ht – Regime de trabalho (24h/dia x 26 dias)
= 624h/mês
Co – Coeficiente operacional
= 80%
Hop = 624 x 0,90
Hop ≅ 500h/mês
3.2 – Cálculo Teórico do Volume Mensal “In Situ” (Vm)
Vm = Qb . Nm . Hop
Onde:
Qb – Vazão da bomba de dragagem
= 1000m3/h
Nm – Quantidade de sólidos na mistura
= 20%
Vm = 1.000 x 0,25 x 500
Vm ≅ 125.000m3/h
3.3 – Determinação da Taxa Média de Produção (Tp)
Tp = Vm : Hop
Tp = 125.000 : 500
Tp ≅ 250m3.h-1
3.4 – Outros Dados
31
•
Potência total instalada: 2.557kW (www.ihcholland.com, 2006).
•
Relação Potência-h/Produção:2.557kWh : 250m3.h-1 = 10,23kW/m3
SR significa a abreviatura para uma draga de sucção e recalque.
69
Nos valores atribuídos para determinação da produção de uma
dragagem com draga de sucção e recalque, algumas observações devem ser
registradas:
A – Através de revistas técnicas como World Dredging e Terra e Acqua,
publicadas na Europa, pode ser obtido o valor do coeficiente de rendimento
operacional para dragas de sucção e recalque que, neste caso, foi de 80%.
B – O coeficiente de rendimento operacional da draga representa um
valor, em percentual, que determina uma redução operacional tendo em vista: tráfego
de navios, manobras da draga, além da manutenção e acréscimo da linha de recalque
devido o avanço do equipamento no sítio de dragagem.
C – As principais características da draga escolhida, obtidas através do
sítio eletrônico da IHC Holland (www.ihcholland.com), são as seguintes:
Material de dragagem: Areia média com D50 = 0,235mm.
Concentração de sólidos na mistura: 25%
Distância de recalque: 2.000m.
Profundidade de dragagem: 16,00m
Bomba Hidráulica: Submersa com 1650kW de potência.
Vazão da Bomba Hidráulica: 1.000m3/h. (2.000m / 25% de sólidos).
Potência Total Instalada: 2557kW.
D – Os valores referentes a bomba de dragagem, com relação a
distância de recalque, concentração de sólidos em suspensão e vazão da mistura
foram obtidos através da curva característica da bomba hidráulica utilizada na draga
selecionada e fornecida pelo fabricante IHC Holland, através do sítio eletrônico
www.ihcholland.com.
E – A draga (SR) selecionada utiliza a bomba de dragagem submersa,
montada na lança de dragagem, o que possibilita dragagens em boas profundidades
como ainda o recalque do material dragado para distâncias superiores as dragas que
possuem bombas hidráulicas emersas, montadas no interior da embarcação.
70
IV.4 – Dragas de Injeção de Água: O processo de dragagem por
injeção de água (Figura III.1) se utiliza de processos hidrodinâmicos para carrear o
material dragado, através da corrente de densidade, até a área de despejo. Para
determinação da taxa de produção deste tipo de draga foi utilizado o valor do item 3 da
tabela III.3. Foram consideradas as características da draga Iguazú, atualmente
dragando no Porto de Itajaí, citadas na tabela III.2, para respaldar as relações de
potência com a taxa de produção desta metodologia.
Para utilização do critério de dragagem durante o período de vazante
de maré (ebb-WID), houve redução das horas operacionais para 42% do total, devido
ao fato da assimetria entre as marés de vazante e enchente. Este método encontra-se
descrito no capítulo II, subitem II.4.2 – Detalhes da Dragagem no Porto de Itajaí.
•
Capacidade de Bombeamento: 2 x 5.500m3/h.
•
Potência total instalada: 2.078kW.
•
Taxa de Produção: 995 a 1.225m3/h (Fonte:Tabela III.2).
•
Taxa média de produção: 1.110m3/h.
•
Relação Potência-h/Produção: 2.078kWh : 1.110m3.h-1 = 1,87kW/m3
•
Taxa média de produção mensal (WID – 26 dias): 692.640m3.
•
Coeficiente devido assimetria das marés (ebb-WID): 42%.
•
Taxa média de produção diária (ebb-WID – 10:00h): 11.100m3
•
Taxa média de produção mensal (ebb-WID – 26 dias): 288.600m3.
•
Taxa média de produção (ebb-WID): 463m3/h.
•
Relação Potência-h/Produção: 2.078kWh : 463m3.h-1 = 4,49kW/m3
71
IV.5 – Tabela Comparativa dos Métodos.
Avaliando os resultados apresentados na tabela IV.1 é possível
verificar que as diferenças entre os métodos de dragagem hidrodinâmicos e os
convencionais, representados pelos processos mecânicos e hidráulicos, são bem
relevantes quando se calcula a relação da potência total instalada com a taxa efetiva
de dragagem. O princípio de transporte de sedimentos através da coluna de água,
utilizado no método WID, resulta na utilização de uma draga com equipamentos de
dragagem com menor potência instalada, porém, com uma significativa taxa de
produção. Nos quatro casos analisados a dragagem por injeção de água foi a que
apresentou melhor desempenho mediante as circunstâncias sugeridas para cada
situação. Pode-se ressaltar ainda que as horas de operação no mês (HOM) do
processo WID são superiores aos demais tipos de dragagem, pois a disponibilidade
operacional do equipamento é praticamente cem por cento, devido à minimização das
horas de paralisações operacionais, resultando na maximização das horas efetivas de
dragagem. Porém, no processo ebb-WID, as vantagens citadas são diminuídas devido
à redução das horas efetivas de dragagem, pois a operação da draga se restringe ao
período de maré de vazante, como foi tratado no capítulo II, subitem II.4.2, deste texto.
Com relação aos métodos convencionais, representados pelas
dragas de alcatruzes, autotransportadoras e de sucção e recalque, vale ser registrado
que para as duas primeiras foi considerada uma área de despejo no mar a uma
distância aproximada de 12 milhas náuticas a partir do ponto médio da área de
dragagem. Já para a draga de sucção e recalque foi considerado um despejo próximo
à área de dragagem com uma distância de dois mil metros lineares. Caso a distância
de
recalque
fosse
maior,
haveria
necessidade
de
adicionar
complementares como bombas de dragagem flutuantes (Boosters)
32
equipamentos
em série na linha
de recalque, com a finalidade de aumentar a distância de lançamento do material
dragado. Nesta situação, dependendo da distância, o valor encontrado para a relação
potência/volume dragado poderia ter acréscimos bem significativos, podendo, sob
certas condições operacionais, tornar este tipo de processo de dragagem inviável.
32
Equipamentos flutuantes, normalmente não propelidos, que possuem um motor bomba e um
grupo gerador.
72
Tipos de Draga
Alcatruzes
Autotransportadora
Sucção e Recalque 33
Injeção de Água
Tipo de Processo
Mecânico
Hidráulico
Hidráulico
Hidrodinâmico
Capacidade Nominal
800 litros
5.000m3
650 mm
11.000m3/h
Referência Capacidade
Caçamba
Cisterna
Tubulação de Recalque
Bombas Hidráulicas
Despejo do Material
Quatro Batelões
Própria Draga
Linha de Recalque
Corrente Densidade
Potência Total Instalada
6.200kW
11.000kW
2.557kW
2.078kW
3
-1
Taxa Média Produção
387m .h
Horas Operação no Mês
437h/mês
3
947m .h
-1
3
562h/mês
3
1.110m3.h-1
250m /h
500h/mês
3
624h/mês
3
Relação: Potência-h/TMP
16,02kW/m
12,14kW/m
10,23kW/m
1,87kW/m3
TMP – “ebb-WID”
x-x-x-x-x-x-x-x
x-x-x-x-x-x-x-x
x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x
463m3.h-1
HOM – “ebb-WID”
x-x-x-x-x-x-x-x
x-x-x-x-x-x-x-x
x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x
260h/mês
Rel: Pot-h/TMP–“ebb-WID”
x-x-x-x-x-x-x-x
x-x-x-x-x-x-x-x
x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x
4,49kW/m3
Tabela IV.1 – Comparação das taxas de produção dos processos de dragagem convencionais, representados pelas dragas de alcatruzes,
autotransportadoras e de sucção e recalque, e com os processos hidrodinâmicos, representados pelas dragas de injeção de água.
33
73
Foram consideradas condições especiais de despejo do material dragado para a draga de sucção e recalque, isto é com lançamento dos
sedimentos até uma distância de 2.000 metros, enquanto para as dragas de alcatruzes e autotransportadoras a distância do despejo simulado, em
relação ao ponto médio do sítio de dragagem, foi de 12 milhas náuticas.
V – ANÁLISE DO PROCESSO HIDRODINÂMICO NA METODOLOGIA WID
No processo de dragagem por injeção de água os forçantes hidrodinâmicos,
tanto de origens naturais quanto artificiais, presentes no corpo hídrico, representam
importantes
propriedades
para
viabilizar
o
transporte
do
material
dragado.
Resumidamente, existem dois tipos principais de forçantes hidrodinâmicos a serem
considerados, os quais são: a corrente de densidade e as correntes naturais, que se
encontram descritas no contexto a seguir:
V.1 – Corrente de Densidade
A corrente de densidade é, também, reconhecida por alguns autores
como corrente de turbidez. Estes escoamentos são conduzidos pelas diferenças nas
pressões hidrostáticas que são causadas pela diferença de densidade entre a camada
fluidificada no fundo 34 e o fluido ambiente, podendo ocorrer por causas naturais ou
artificiais (SIMPSON, 1997). As correntes de densidade são muito encontradas em
aplicações geofísicas, porém seu estudo é também relevante em cenários de
engenharia.
A corrente de densidade poderá ser simulada pelas equações de águas
rasas, com especial cuidado em se desprezar o início da formação da corrente, cujo
comportamento representa uma descontinuidade. Nessa região, onde a mistura é
intensa e a direção é desorientada, se inicia o deslocamento e possui relativo
incremento de volume em relação ao escoamento que segue posteriormente. As
correntes de densidade são capazes de transportar sedimentos por longas distâncias
horizontais, como exemplo cita-se: a corrente de densidade ou de turbidez, no fundo
dos oceanos, que podem carrear sedimentos por milhares de quilômetros; além disso,
podem ocorrer em várias escalas na natureza, como: frentes oceânicas, avalanches,
fluxos pirogênicos e de lavas vulcânicas (Wikipedia Encyclopedia, 1998).
NARDIN et al. (1979) descrevem a corrente de densidade como
mecanismos de transporte de sedimentos freqüentes em ambientes hídricos, sendo
34
Camada constituída por um fluido que possui maior massa específica que o fluido ambiente.
74
que algumas, dessas correntes, geram substanciais espessuras e extensos depósitos
de sedimentos (HUGHES-CLARKE et al., 1990; MASSON, 1994; SYVITSKI AND
SCHAFER, 1996).
A formação da corrente de densidade ocorre para um número de
Froude densimétrico próximo à unidade, com valores observados entre 0,7 e 1,4. O
número de Froude densimétrico representa a taxa entre a força gravitacional e a força
inercial (Wikipedia Encyclopedia, 1998).
Fr =
V
⎛ ρ − ρo
g⎜ 1
⎝ ρo
⎞
⎟ hb cos α
⎠
Onde g é a aceleração gravitacional (9,81 m.s-1), ρ1 é a densidade da
camada se deslocando como corrente de densidade, ρo a densidade do fluido
ambiente, hb representa a altura da camada, α representa o ângulo do talude de fundo
e V corresponde a velocidade média de avanço da corrente de densidade.
Algumas características da corrente de densidade podem ser
identificadas como condições básicas para o seu surgimento e deslocamento
(GARCIA, 1993):
1 – A condição inicial para o surgimento da corrente de densidade é a
existência de, pelo menos, dois fluidos com diferentes densidades ou massas
específicas, em um mesmo ambiente, ou seja: ρ0 < ρ1.
2 – A relação entre a espessura da corrente de densidade e a altura da coluna
de água, normalmente é bem diferenciada, isto é h << H.
3 – Uma outra característica da corrente de densidade permite relacionar sua
espessura com a distância percorrida, expressada por h << L.
75
4 – A inclinação do talude de fundo deverá ser bem pequena, isto é S << 1,
para possibilitar uma corrente de densidade mais estável e com propagação horizontal
junto ao fundo. Uma abrupta mudança no ângulo do talude irá resultar na formação do
ressalto hidráulico que acarretará a deposição dos sedimentos que compõe a corrente
(MENARD, 1964).
g
LD
Fluido Ambiente - ρ0
y
H(x)
Pluma de Sedimentos - ρ1
x
Condições Básicas
1)
2)
3)
4)
ρ0 < ρ1
h(x) << H(x)
h(x) << L(x)
S << 1
h(x)
Corrente de
Densidade
S
Resultado Desejado
g (x) >> g (y)
Figura V.1 – Ilustração do diagrama esquemático mostrando a formação da corrente de
densidade em ambiente aquático, através da diferença de densidade entre a pluma de
sedimentos localizada no fundo e o fluido ambiente. Fonte: GARCIA, 1993.
76
Uma visualização seqüencial da propagação da corrente de densidade
encontra-se ilustrada na Figura V.2, onde se pode ressaltar a formação e a
propagação horizontal junto ao leito do corpo hídrico.
Figura V.2 – Ilustração de uma simulação da propagação da corrente de densidade junto
ao leito do corpo aquático. (T. MAXWORTHY, J. LEILICH, J. E. SIMPSON e E. H.
MEIBURG).
77
Outro evento a ser considerado no deslocamento da corrente de
densidade é a possibilidade de interação com outra corrente em diversos ambientes,
como ilustrado na figura V.3. A partir de resultados de laboratório, após a colisão
frontal de duas correntes de densidade, a energia é transferida de uma para a outra,
sendo que a mais densa se move abaixo da corrente com menor densidade. O
raciocínio registrado nesta figura também pode ser aplicado para o meio líquido,
fazendo uma analogia entre a pluma de sedimentos, mais densa, e a cunha salina,
menos densa.
1 – Corrente U1 em sentido contrário da Corrente U2.
U1
U2
2 – Corrente U1 interagindo com a Corrente U2.
U1
U2
3 – Corrente U1, menos densa, se sobrepondo a Corrente U2.
B1
U1
F2
F1
B2
U2
Figura V.3 – Ilustração da corrente de gravidade – U1, menos densa, interagindo com a
corrente de gravidade – U2, mais densa.
O comportamento hidrodinâmico da corrente de densidade pode ser
avaliado através de experimentos realizados em laboratório. Uma das opções é o
estudo apresentado por ALEXANDER e MULDER (2002), através dos números de
Froude densimétrico, Richardson e Reynolds que podem ser associados aos registros
da campanha de campo do processo WID, realizados no Rio Mississipi – EUA. Os
resultados obtidos na manipulação desses números adimensionais servem para
78
demonstrar o tipo de comportamento hidrodinâmico que caracteriza o deslocamento
da pluma de sedimentos formada pelo processo por injeção de água.
O número de Froude densimétrico poderá ser definido a partir da
fórmula na página 75, deste texto, que leva em consideração os parâmetros de
pesquisa apresentados por ALEXANDER e MULDER (2002) para definir o tipo de
escoamento, assim podemos registrar:
•
Para Frd < 1 – Escoamento subcrítico.
•
Para Frd > 1 – Escoamento supercrítico.
O número de Richardson exprime a estabilidade da própria interface da
corrente de densidade com o fluido ambiente (ALEXANDER e MULDER, 2002). É
expressa pelo inverso do quadrado do número de Froude densimétrico, portanto:
•
Para Ri < 0,25 – A interface do escoamento possui características instáveis.
•
Para Ri > 0,25 – A interface do escoamento possui características estáveis.
O número de Reynolds indica a natureza do deslocamento das
partículas no escoamento do fluido, relaciona a velocidade com a viscosidade
cinemática. ALEXANDER e MULDER (2002) definiram em laboratório o valor
aproximado da ponta da corrente de densidade como Re ≅ 2 x 105, portanto:
•
Para Re < 500 – Indicam regimes de escoamentos laminares.
•
Para 500 < Re < 2000 – Indicam regimes de escoamentos em transição.
•
Para Re > 2000 – Indicam regimes de escoamentos turbulentos.
Os seguintes valores foram obtidos a partir da tabela III.3:
•
Velocidade da Corrente de Turbidez: 0,3 a 0,5m/s – valor utilizado: V = 0,3m/s.
•
Altura da Corrente de Densidade: 0,5 a 1m – valor utilizado: hb = 1 m.
•
Massa Específica da Corrente de Densidade: valor utilizado: ρs = 1050kg/m3.
•
Massa Específica do Fluido Ambiente (Cunha Salina): utilizado ρa = 1028kg/m3.
•
Talude do estuário: utilizado 1:1000
cos α ~ 1.
79
•
Aceleração da gravidade: g = 9,81m/s.
Os resultados encontrados para os números adimensionais através das
respectivas fórmulas e utilizando os valores identificados nas campanhas de medição,
visualizados na tabela III.3, permitem constatar as seguintes características da
corrente de densidade: a) velocidade relativa da corrente, inferior a de ondas em
águas rasas; b) estabilidade na interface com o fluido ambiente; c) seu fluxo é
determinado por regime turbulento, o que permite a fluidificação e suspensão dos
sedimentos de fundo.
Assim, a partir dos estudos de ALEXANDER e MULDER (2002), essas
três características avaliadas e registradas na tabela V.1, demonstram a possível
estabilidade no deslocamento da corrente de densidade, desde que não haja
interferências em conseqüência de fatores externos adversos.
PARÂMETROS
VALOR CALCULADO
SITUAÇÃO
Nº. de Froude densim. (Frd)
0,65 < 1
Escoamento Subcrítico
2,37 > 0,25
Interface Estável
5
Escoamento Turbulento
Nº. de Richardson (Ri)
Nº. de Reynolds (Re)
0,3 x 10 > 2000
Tabela V.1 – Valores dos números adimensionais: Froude densimétrico, Richardson e
Reynolds, calculados para a corrente de densidade, a partir do conceito de similaridade
de escoamentos naturais simulados em laboratórios e com os dados obtidos em
campanhas de medição do processo WID.
80
V.2 – Correntes Naturais
Levando-se em consideração que o processo de dragagem por injeção
de água é normalmente utilizado em manutenção das profundidades em marinas,
portos e vias navegáveis, principalmente os que se encontram localizados em regiões
estuarinas, direcionaremos os estudos para este ambiente.
Nos sistemas estuarinos, os processos de mistura, circulação e
estratificação são governados basicamente por três forçantes: a descarga de água
doce, as correntes de maré e pela transferência da quantidade de movimento através
do cisalhamento do vento em sua superfície livre; aos quais se somam as influências
exercidas pela geometria do corpo estuarino e pela salinidade e padrões de circulação
da região costeira adjacente (KJERFVE, 1990; MIRANDA, 1996). Estes forçantes
condicionam a circulação gravitacional (baroclínica e barotrópica), a circulação
residual e as correntes geradas pelo vento. Geralmente um desses padrões de
circulação predomina num determinado sistema estuarino, entretanto dois ou os três
tipos podem ser observados simultaneamente ou sazonalmente num mesmo estuário
(KJERFVE, 1990). A grande variabilidade temporal e espacial desses forçantes, e dos
processos a eles associados, torna o estudo dos padrões de circulação e distribuição
de propriedades nos sistemas estuarinos bastante complexo (KJERFVE et al., 1982).
Em estuários, o transporte de material particulado em suspensão, nem
sempre ocorre na mesma direção do fluxo principal de água, devido aos processos de
mistura (advectivos e difusivos) (KJERFVE, 1990; DAY et al., 1989). A dispersão e
advecção das massas de água e de suas propriedades decorrem de vários processos
que envolvem o movimento oscilatório das marés, difusão molecular (geralmente
pequena), gradientes de densidade, cisalhamento lateral entre massas de diferentes
velocidades de corrente, fricção com o fundo e difusão turbulenta (viscosidade do
fluido) (KJERFVE & WOLAVER, 1988; DAY et al., 1989; KJERFVE, 1990). Os
processos de erosão e ressuspensão apresentam particular importância na ciclagem
de sedimentos em estuários, porque promovem um aumento da carga de sedimento
em suspensão (aumento do gradiente vertical), intensificando o transporte advectivo
(NICHOLS, 1986) e porque atuam na manutenção da zona de máxima turbidez
estuarina (DYER, 1988).
81
Durante um ciclo de maré (marés enchente e vazante), geralmente,
observa-se uma forte relação entre as velocidades das correntes e o transporte de
sedimentos, além das concentrações de material particulado em suspensão (WARD,
1981; NICHOLS, 1986; BAIRD et al., 1987; KJERFVE & WOLAVER, 1988; DYER,
1988; JONGE & BEUSEKON, 1995). A assimetria na velocidade das correntes de
maré, quando integrada no tempo, condiciona o transporte líquido do material em
suspensão em uma determinada direção do corpo estuarino (importação ou
exportação) (WARD, 1981; DYER, 1988).
A estratificação estuarina ocorre principalmente em função da diferença
de densidade entre a água doce e a água salgada, com essa última tendendo a ficar
embaixo da parcela de fluido de água doce em função de sua maior densidade. Com a
redução da vazão de água doce os gradientes verticais e longitudinais são alterados,
aumentando
a
intensidade
de mistura
na
direção vertical
(turbulência). A
hidrodinâmica dos estuários nos conduz a seguinte classificação: a) em cunha salina;
b) altamente estratificados; c) parcialmente estratificados e d) verticalmente
homogêneos.
A morfologia de estuários é muito importante na circulação destes
ambientes, portanto, o aumento no aporte de sedimentos em um rio, devido ações
naturais ou antrópicas, pode ter como conseqüência o assoreamento da área
estuarina. O assoreamento diminui a profundidade do canal modificando o fundo e
provocando o amortecimento da onda de maré à medida que esta se propaga para
montante, em função do aumento da fricção junto ao fundo. Não se pode esquecer
que a alteração da morfologia do fundo, de um corpo hídrico, altera a seção do canal
influenciando o prisma de maré, conseqüentemente induzindo modificações nos
forçantes hidrodinâmicos, que poderão interferir novamente no processo de transporte
de sedimentos, podendo propiciar o depósito das partículas em locais, inicialmente,
imprevistos ao longo do canal.
As correntes do ambiente estuarino tornam-se aliadas ao processo de
dragagem por injeção de água à medida que favorecem a condução da corrente de
turbidez, induzida, até a área de deposição final desse material removido. Nesse
sentido, como descrito anteriormente, o estudo local das marés de sizígia e
quadratura, o conhecimento da vazão de águas continentais em escalas temporal e
espacial, bem como o acompanhamento da incidência de ventos na superfície livre,
82
podem gerar correntes capazes de influenciar no transporte de sedimentos da coluna
de água de forma indesejável ao projeto de dragagem.
Assim, se torna recomendável à implantação de um programa de
monitoramento,
com
auxílio
de
instrumentos,
para
avaliar
esses
forçantes
hidrodinâmicos, a princípio, em três períodos distintos, conforme detalhado:
•
Antes do início da dragagem, visando qualificar e quantificar as correntes
presentes no corpo hídrico, tanto na distribuição longitudinal quanto na vertical
da calha hidráulica. Com isto, um plano de dragagem poderá ser implantado,
presumindo as melhores condições operacionais no tempo e no espaço.
•
Durante o período de dragagem, para avaliar a estratégia operacional préestabelecida pelo plano de dragagem definido na etapa inicial, modificando ou
adaptando os parâmetros que não apresentarem os resultados previstos.
•
Após a operação de dragagem, para quantificar e registrar os resultados
obtidos.
V.3 – Hidrodinâmica no Estuário do Rio Itajaí-Açú
De acordo com o estudo apresentado por SCHETTINI (2002), o
estuário está localizado em uma planície costeira, apresentando morfologia similar a
um rio meandrante. Sua descarga média, medida em Indaial, cerca de 90 km a
montante da barra, é de 228 m3.s-1, variando de 17 a 5390 m3.s-1. O estuário do Rio
Itajaí-Açu é classificado como do tipo estratificado. A altura média da maré
astronômica regional, classificada como predominantemente semidiurna, é de 0,8m,
variando de 0,4m na quadratura e 1,2m na sizígia (SCHETTINI et al., 1998).
DOBEREINER (1986) observou o comportamento salino do estuário do
Rio Itajaí-Açú para diferentes situações de vazão. Constatou que essa área estuarina
se apresenta normalmente de forma estratificada, sendo que para vazões médias de
225m3.s-1, a cunha salina penetra até, aproximadamente, 18km da foz. Para vazões
83
maiores, entre 400 a 900m3.s-1, a cunha salina oscila em um trecho de cerca de 10km
a partir da foz e, finalmente, para vazões acima de 900m3.s-1 a cunha salina é
praticamente expulsa do estuário. A influência da maré, de sizígia ou quadratura, se
mostra também importante na caracterização dos padrões salinos presentes no
estuário e na quantidade de sal existente, assim como a presença de soleiras e
depressões na topografia de fundo afetam o deslocamento da intrusão salina
(MEDEIROS, 2003).
Neste tipo de estuário observa-se a penetração, junto ao fundo, de uma
cunha salina perfeitamente definida, cujo ponto nodal, ou seja, o local onde se verifica
uma disposição mais intensiva de sedimentos pelo fenômeno de barramento, por
efeito das marés, encontra-se localizado próximo à bacia de evolução do Porto de
Itajaí, devendo ressaltar que este ponto pode migrar ao longo do estuário, de acordo
com as condições das vazões fluviais. Também, próximo à entrada do canal, a jusante
do Porto de Itajaí, foi encontrado indícios de outro ponto nodal, devido o acúmulo de
material arenoso disposto transversalmente ao canal (VARGAS, 1983).
84
V.4 – Estudo de Caso – Dragagem no Porto de Itajaí
O processo de dragagem por injeção de água no Porto de Itajaí, que
atualmente é responsável pela manutenção de seu acesso marítimo, merece uma
atenção especial no intuito de registrar os parâmetros de dragagem mais relevantes
presentes nessa região. Assim, para se obter os dados que auxiliassem a
compreensão do funcionamento dessa metodologia, uma campanha de medições foi
direcionada para coletar vários parâmetros na coluna de água, tais como: velocidade,
turbidez, temperatura e salinidade, antes e durante a dragagem por injeção de água,
na intenção de registrar as principais ações hidrodinâmicas no Rio Itajaí-Açú e para
analisar uma possível interferência, desses forçantes monitorados, em relação à
dinâmica de propagação da corrente de densidade.
V.4.1 – Campanha de Medições
V.4.1.1 – Metodologia de Coleta
As coletas dos diversos parâmetros da coluna de água, antes e durante
a operação de dragagem foram realizadas em um dia de maré de sizígia, 9 de março
de 2005 – quinta-feira, entre 07:00h e 19:00h, abrangendo quase um ciclo completo de
uma maré semidiurna típica do local, totalizando 16 incursões dos instrumentos na
coluna líquida. Em cada incursão foram registrados diversos dados através de cinco
instrumentos, onde as leituras mais importantes foram: posicionamento, velocidade,
condutividade, turbidez, tamanho das partículas, temperatura e pressão. Além disso,
foram coletadas amostras de água, com a utilização de uma pequena bomba
hidráulica instalada junto à estrutura de fixação dos instrumentos. Estas amostras
foram conservadas sob refrigeração até o seu processamento em laboratório, onde
foram filtradas através de membranas HA em Ester de celulose, 0,45UM de poro, 47
mm de diâmetro, branca, lisa. Todo o procedimento de coleta foi obtido, embarcado
em uma lancha, em um ponto da área de dragagem que apresentava assoreamento
para permitir a comparação de dados, após a operação de dragagem, como indicado
na figura V.4. O posicionamento variou entre as seguintes coordenadas:
85
1)
13:40h/14:20h
Latitude: 26º 54,0765’
Longitude: 48º 39,4133’
2)
15:00h/15:40h
Latitude: 26º 54,0788’
Longitude: 48º 39,4406’
3)
16:50h/17:35h
Latitude: 26º 54,0896’
Longitude: 48º 39,4262’
4)
17:56h/18:20h
Latitude: 26º 54,0910’
Longitude: 48º 39,3884’
N
26º 53’
Carta Náutica
Referência 1801
Montante
Rio Itajaí-Açu
48º 40’
48º 39’
54,091’ S x 39,3884’ W
Coordenadas da Campanha
09/Mar/2005
26º 54’
Rio
Itajaí-Açu
Porto de Itajaí
Latitude: 26º 54,0’ S
Longitude: 048º 39,7’ W
Zona
Costeira
ITAJAÍ
Jusante
Rio Itajaí-Açu
Figura V.4 – Ilustração parcial da Carta Náutica 1801 – visão do Porto de Itajaí, do
Estuário do Rio Itajaí-Açu e do registro das coordenadas da campanha onde foram
coletados os dados de campo.
86
V.4.1.2 – Metodologia de Análise
Os dados obtidos nas coletas, para análise, foram manipulados e
depurados através de procedimentos matemáticos e laboratoriais. Os equipamentos
realizaram as medições em modo contínuo, portanto continham registros que deviam
ser desprezados. Cada perfil, após visualização gráfica, foi depurado através da
remoção de alguns destes registros para depois se obter os valores médios de cada
local medido. Estes valores médios foram calculados por camadas da coluna de água,
para os seguintes parâmetros: velocidades u, v e w (nos respectivos eixos x, y e z),
turbidez, condutividade, temperatura, pressão e profundidade. Em uma segunda
etapa, através de cálculos matemáticos utilizando estes dados, foram obtidos os
valores de salinidade e das velocidades projetadas no eixo principal do trecho.
As amostras foram analisadas através de procedimentos de filtragem,
secagem e pesagem, resultando na quantidade, em peso, das partículas sólidas e,
conseqüentemente, obtendo a concentração desses sedimentos.
V.4.2 – Instrumentação
Para programação e coleta de dados dos instrumentos e sensores
foram utilizados dois computadores portáteis, sendo um da Compaq e o outro da
Toshiba, ambos com sistema operacional Windows XP e processadores Pentium III e
Pentium IV, respectivamente.
Os instrumentos utilizados durante a campanha foram:
1
–
ADV – Acoustic Doppler Velocimeter
O princípio de operação se baseia na transmissão de um pulso a partir
do centro do transdutor e o efeito Doppler introduzido pela reflexão das partículas
suspensas na água e captadas pelos três receptores existentes na parte extrema do
instrumento, formando um ângulo de 120º, obtendo, assim, a velocidade da corrente.
87
Fabricante: Nortek Vector Current Meter.
Variação de Temperatura para Operação: - 5ºC até +45ºC.
Profundidade Máxima de Operação: 300 metros.
Principais dados registrados: Velocidades (u, v, w) e profundidade.
Taxa de amostragem: até 64 Hz.
2
–
LISST – 25X
Este instrumento mede o tamanho das partículas em suspensão, porém
teve seu uso restrito por problemas de comunicação de dados.
- Concentração de Partículas por Volume (μ / l) – de 0,1 até 1000 mg / l.
– de 1,25 até 250 μm (Tipo B).
- Diâmetro médio das partículas
– de 2,50 até 500 μm (Tipo A).
- Transmissão ótica: 0 a 100%.
- Profundidade em metros.
- Máxima Profundidade: 300 metros.
- Fabricante: SEQUOIA SCIENTIFIC, INC.
- Capacidade de Armazenamento: 28.000 parâmetros medidos.
3
–
OBS
Consiste em um sensor dotado de um diodo infravermelho de alta
intensidade (IRED), com a finalidade de medir a turbidez do fluido.
Fabricante: D&A Instrument CO.
Modelo: 1C.
Alcance do sensor: 0,5 a 2000 FTU.
88
4
–
CTD
Sensor que registra a condutividade da água fornecendo os resultados
em micro Siemens, além de temperatura e profundidade.
Faixa de Medição: 0 a 199.900 μS.
Salinidade: 0,0 até 80 ppt (o/oo)
Sólidos Dissolvidos: 0 a 19900 mg / l.
Temperatura: - 0,5º a 105º C
Capacidade: 25 dados
Fabricante: Valeport
Modelo: 115
5
–
GPS
Instrumento de posicionamento eletrônico global, constituído de 12
canais e 9 teclas frontais no aparelho. Possui capacidade de resolução na tela de
180 x 240 pixel, com quatro tonalidades de cinza.
Fabricante: GARMIN
V.4.3 – Análise dos Dados
A apuração dos registros foi realizada de maneira direta e indireta, de
acordo com o tipo de informação que os instrumentos forneciam. A seguir encontramse relacionados esses parâmetros:
1
– Turbidez – obtida através da leitura direta do instrumento OBS.
2
– Condutividade – obtida através da leitura direta do instrumento CTD.
3
– Velocidade u – eixo de coordenadas x – obtida através da leitura direta
do instrumento ADV.
4
– Velocidade v – eixo de coordenadas y – obtida através da leitura direta
do instrumento ADV.
89
5
– Velocidade w – eixo de coordenadas z – obtida através da leitura direta
do instrumento ADV.
6
– Profundidade da coluna de água – obtida através da leitura da pressão
da coluna de água do instrumento ADV.
7
– Temperatura – obtida através da leitura direta do instrumento ADV.
8
– Salinidade – obtida a partir dos valores resgatados para condutividade
elétrica e transformados através de formulação matemática. Nesse caso foi
utilizada a seguinte expressão: S = 5,572.10-4. SC + 2,02.10-9 . SC2
(EPA/600/3-85/040 – Rates, constants and Kinetics), onde: a unidade da
salinidade será ppt 0/00 e SC em micromhos.cm-1.
9
– Volume das Amostras – obtido em medições comparativas realizadas
em laboratório.
10 – Peso dos Sedimentos – obtido após filtragem e secagem das amostras,
em laboratório.
11 – Concentração dos Sedimentos – obtida após filtragem, secagem e
pesagem das amostras, realizada em laboratório.
V.5 – Registros de Dados da Hidrodinâmica Local
V.5.1 – Registros de Dados das Marés Astronômicas
As medições foram realizadas no dia 9 de março de 2005. De acordo
com a Diretoria de Hidrografia e Navegação – DHN / MB – a área abrangendo o Porto
de Itajaí encontrava-se em maré de sizígia, conforme os seguintes dados obtidos na
Tábua de Marés, em relação ao nível zero de referência da DHN.
Dia da Semana
Quarta-feira
Dia do Mês
09.03.2005
Horário (h)
Maré (m)
01:58
+1,0
09:30
+0,3
14:09
+1,0
20:19
-0,1
Tabela V.2 – Registro da Tábua de Marés do dia 9 de março de 2005, no Porto de Itajaí.
Fonte: Tábua de Marés da Diretoria de Hidrografia e Navegação – DHN da MB.
90
Das dezesseis incursões dos instrumentos na coluna de água, onde a
primeira foi iniciada às 07:30h e a última encerrada às 18:20h, as primeiras quatorze
incursões foram realizadas entre 07:30h até 17:35h, antes do início de dragagem e em
marés de vazante e enchente, posteriormente, de 17:56h até 18:20h foram realizadas
mais três incursões após a passagem da draga no ponto de observação, ou seja,
durante o processo de dragagem hidrodinâmica e no período de maré de vazante.
No momento da operação de dragagem foram adotados procedimentos
diferenciados para incursão dos instrumentos na coluna de água, conforme, a seguir, é
descrito:
1 – 17:56h – incursão dos instrumentos em toda coluna de água, até o leito.
2 – 18:05h – elevação dos instrumentos até 5 metros e nova incursão ao leito.
3 – 18:14h – elevação dos instrumentos até 5 metros e nova incursão ao leito.
4 – 18:20h – encerramento da campanha e recolhimento dos instrumentos.
A metodologia adotada, após a passagem da draga, teve como
finalidade o acompanhamento, principalmente, da corrente de densidade induzida pela
dragagem hidrodinâmica por injeção de água.
V.5.2 – Determinação dos Valores Médios
Para mensurar a atividade de dragagem por injeção de água, foram
adotados os procedimentos que permitiram analisar os dados coletados durante a
campanha em Itajaí. A depuração destes dados obedeceu a uma sistemática
avaliação após manipulação, através de gráficos, dos valores obtidos pelos sensores.
A maioria dos dados de interesse foi registrada a cada metro de profundidade da
coluna de água até alcançar o leito do rio. Assim, quando alguns valores registrados
no gráfico velocidade x profundidade extrapolaram a concentração mais regular dos
dados, estes tiveram de ser desprezados. Já os dados tidos como corretos foram
manipulados em outra planilha Excel onde finalmente obtivemos os valores médios
das velocidades u, v, w. Continuando com o mesmo raciocínio ainda foram registrados
os valores médios para a turbidez, condutividade e salinidade. Os demais parâmetros
apurados são resultados matemáticos obtidos a partir destes valores médios.
91
Para melhor visualização dos valores médios apurados, agrupamos os
registros finais em tabelas, as quais tiveram sua identificação associadas a um nome
de arquivo, cujo número alfanumérico retrata o horário de cada incursão dos sensores
na coluna de água, no dia da campanha de medições, no Porto de Itajaí, como é
identificado na seqüência abaixo, relacionando a maré astronômica com a situação
operacional da dragagem durante o processo:
Item
Nome do Arquivo
Horário (h)
Tipo de Maré
Situação
01
ve073001
07:30
Vazante
Antes da Dragagem
02
ve094001
09:40
03
Ve101001
10:10
Enchente
Antes da Dragagem
04
Ve104001
10:40
Enchente
Antes da Dragagem
05
Ve111001
11:10
Enchente
Antes da Dragagem
06
Ve124001
12:40
Enchente
Antes da Dragagem
07
Ve130001
13:00
Enchente
Antes da Dragagem
08
Ve134001
13:40
Enchente
Enchente –
B 35
Vazante – P
Antes da Dragagem
Antes da Dragagem
36
09
Ve141001
14:10
Antes da Dragagem
10
Ve150001
15:00
Vazante
Antes da Dragagem
11
Ve154001
15:40
Vazante
Antes da Dragagem
12
Ve165001
16:50
Vazante
Antes da Dragagem
14
Ve173501
17:35
Vazante
Antes da Dragagem
15
Ve175601(1)
17:56
Vazante
Durante a Dragagem
16
Ve175601(2)
18:05
Vazante
Durante a Dragagem
17
Ve175601(3)
18:14
Vazante
Durante a Dragagem
Tabela V.3 – Relaciona os nomes dos arquivos com os respectivos horários das
incursões, para coleta de dados da campanha de medições, incluindo as condições da
maré astronômica no Porto de Itajaí e a situação operacional dos equipamentos de
dragagem.
35
36
Momento próximo a Baixa-mar, projetado pela DHN para o dia 9.mar. 2005, às 09:30h.
Momento próximo a Preamar, projetado pela DHN para o dia 9.mar.2005, às 14:09h.
92
V.5.3 – Velocidades Projetadas no Eixo do Canal
Considerando os valores das velocidades médias registradas no ponto
de incursão dos instrumentos durante a campanha de medições no Rio Itajaí-Açú, com
a finalidade de apurar a intensidade dessas correntes naturais em relação ao centro
da calha hidráulica, foi adotado o procedimento de projetar esses escoamentos nas
linhas longitudinal (u’) e transversal (y’) ao eixo do canal.
Para proceder esta operação necessita-se, inicialmente, da real
localização da lancha em relação ao eixo do Rio Itajaí-Açú, o que foi obtida pelo
instrumento GPS e registrada na Figura V.6. Desta maneira, foi visualizado, com o
auxílio da Carta Náutica 1801, um ângulo de defasagem, γ = 40o, conforme ilustrado
na figura V.5. Após isso, utilizando os recursos da geometria analítica, pode-se
determinar a intensidade do fluxo das velocidades médias devidamente projetadas no
eixo principal do canal. Nessa projeção foi utilizado o processo matemático para
rotação de eixos através de literatura específica (BRONSHTEIN E SEMENDIAEV,
1973).
N
Carta Náutica
Referência 1801
“Rio Itajaí-Açú”
γ = 40º
“Porto de Itajaí”
Posição
da Lancha
Itajaí
Determinação do
“Ângulo de Projeção”
das Velocidades
Travessia de Barcas
93
Figura V.5 – Ilustração mostrando o “ângulo de projeção das velocidades resultantes”
em relação ao eixo principal do canal do Porto de Itajaí.
V.5.4 – Representação Gráfica dos Principais Parâmetros
As representações gráficas foram plotadas a partir dos dados obtidos
dos instrumentos citados no subitem V.4.2, relacionando os seguintes parâmetros:
1 – Gráficos de Velocidades Médias – u, v e w x Profundidade;
2 – Gráficos de Turbidez Média x Profundidade;
3 – Gráficos de Salinidade Média x Profundidade.
Analisando os gráficos apresentados, podemos registrar algumas
características hidrodinâmicas presentes no Rio Itajaí-Açú, nas coordenadas
registradas no capítulo V, figura V.4.
Ao todo foram montados dezesseis pares de gráficos onde, à esquerda
das páginas subseqüentes, encontram-se projetadas as velocidades médias u, v, w
nos eixos x, y, z; destacadas em relação a cada metro da coluna de água, estando os
eixos cartesianos associados aos pontos cardeais do globo terrestre, assim
convencionados:
1 – Eixo dos valores x, corresponde à velocidade u representada pela
linha de cor azul – sentido LESTE / OESTE, onde os valores positivos representam a
direção LESTE e os valores negativos a direção OESTE.
2 – Eixo dos valores y, correspondente à velocidade v representada
pela linha de cor vermelha – sentido NORTE / SUL, onde os valores positivos
representam a direção NORTE e os valores negativos a direção SUL.
3 – Eixo dos valores z, corresponde à velocidade w representada pela
linha de cor verde – sentido do fluxo em relação à profundidade do corpo aquático,
onde os valores positivos representam a direção para a superfície do fluido e os
valores negativos para abaixo da linha de água na direção do leito aquático.
Muito embora a vazão das águas continentais, no Rio Itajaí-Açú,
determinem, com grande importância, os forçantes estuarinos naturais, os gráficos
94
demonstraram a enorme influência da maré astronômica e da penetração da cunha
salina, próxima ao leito, durante a campanha de medições realizada do dia 9 de março
de 2005, possivelmente devido a pouca interferência do fluxo fluvial.
Nos dezesseis gráficos à direita, estão evidenciados, em azul os
valores médios da turbidez ao longo da profundidade e em vermelho os valores
médios da salinidade, também ao longo da coluna líquida.
Para melhor visualizar a distribuição dos valores significativos das
velocidades durante o período de variação da maré, assim como as condições de
preamar e baixamar, foram relacionados o sinal destes valores, com as suas
respectivas convenções, em relação aos pontos cardeais, nas diferentes fases da
maré astronômica. A tabela V.4 indica a direção convencionada desses parâmetros.
Item
Maré
Parâmetro
Profundidade (m)
Sinal Valor
Direção
01
Baixa
Velocidade u
0–5
Positivo
LESTE
5–9
Negativo
OESTE
02
Enchendo
Velocidade u
0–9
Pos / Neg 37
L/W
03
Alta
Velocidade u
0 – 10
Negativo
OESTE
04
Vazando
Velocidade u
05
Baixa
Velocidade v
06
Enchendo
07
38
0 – 10
Neg / Pos
W/L
0–5
Negativo
SUL
5–9
Positivo
NORTE
Velocidade v
0–9
Neg / Pos 39
S/N
Alta
Velocidade v
0 – 10
Positivo
NORTE
08
Vazando
Velocidade v
0 – 10
Pos / Neg 40
N/S
09
Baixa
Velocidade w
0–5
Negativo
Para o Leito
5–9
Negativo
Para o Leito
10
Enchendo
Velocidade w
0–9
Negativo
Para o Leito
11
Alta
Velocidade w
0 – 10
Negativo
Para o Leito
12
Vazando
Velocidade w
0 – 10
Neg / Pos 41
Leito / LD
37
Valores em transição de positivo para negativo durante a manifestação da maré enchendo.
Valores em transição de negativo para positivo durante a manifestação da maré vazando.
39
Valores em transição de negativo para positivo durante a manifestação da maré enchendo.
40
Valores em transição de positivo para negativo durante a manifestação da maré vazando.
41
Foram registrados alguns valores positivos durante o período de maré vazando pela vel. w.
38
95
Tabela V.4 – Indicação da direção convencionada das velocidades médias em relação à
coluna de água.
Com base nos gráficos obtidos nas coordenadas da campanha de
medições registradas na figura V.4, bem como na identificação do ângulo de
defasagem em relação à linha de eixo do canal do Rio Itajaí-Açú, ilustrado pela figura
V.5, foram projetados os valores das velocidades u’ e v’ em relação ao eixo principal
do canal, sendo que, as velocidades w’ permaneceram com os mesmos valores de w.
A importância do cálculo desses valores no eixo principal do canal, para dragagem por
injeção de água, está relacionada com a interferência que estes forçantes
hidrodinâmicos podem causar à estabilidade e ao deslocamento da corrente de
densidade.
A visão dos gráficos das velocidades projetadas (u’, v’, w’) ao lado dos
gráficos de salinidade e turbidez permite observar que existe uma relação no
comportamento destes forçantes pois, onde houve incremento do valor absoluto da
velocidade u’, longitudinal ao canal, também ocorreu o incremento do valor da
salinidade e da turbidez, portanto a cunha salina se fazia presente de acordo com o
movimento da maré no estuário, seja de vazante ou enchente. Pode-se observar ainda
que, a velocidade longitudinal u’ é dominante neste trecho do canal, pois, possui
valores absolutos bem superiores aos da velocidade transversal v’.
Os três últimos gráficos identificados com os números de perfis,
ve175601(1), ve175601(2) e ve175601(3), representam a tentativa de identificar e
observar, através da campanha de campo, os valores das velocidades da corrente de
turbidez junto ao leito do rio, durante o período de dragagem.
Gráfico de Salinidade/Turbidez VE073001
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE073001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Longitudinal
-0,2
0
Transversal
0,2
0,4
0,6
Coluna d' Água
0,8
1
Velocidades
Projetadas
0
10
11
Turbidez
0
10000
20000
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.1 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 07:30h.
96
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve094001
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE094001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinal
0
0,2
Transversal
0,4
0,6
Coluna d' Água
0,8
1
0
Turbidez
0
11
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.2 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 09:40h.
Gráfico de Salinidade/ Turbidez ve101001
0
5
10
15
20
25
30
35
Salinidade
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE101001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinal
0
0,2
Transversal
0,4
0,6
Coluna d' Água
0,8
10
11
Turbidez
0
1
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.3 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 10:10h.
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve104001
Gráfico VE104001
0
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
1
Profundidade
2
Profundidade
5
0
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Longitudinais
-0,2
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d' Água
0,8
1
Velocidades
Projetadas
10
11
Turbidez
0
10000
20000
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.4 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 10:40h.
97
Gráfico de Salinidade/ Turbidez ve111001
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE111001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d' Água
0,8
1
0
10
0
Turbidez
11
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.5 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 11:10h.
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve124001
0
5
10
15
20
25
30
35
Salinidade
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE124001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d' Água
0,8
11
Turbidez
0
1
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
40000
Turbidez
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.6 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 12:40h.
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve130001
0
5
10
15
20
25
30
35
Salinidade
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE130001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Longitudinais
-0,2
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
Velocidade
Projetada
0
10
11
Turbidez
0
10000
20000
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.7 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 13:00h.
98
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve134001
0
5
10
15
20
25
30
35
Salinidade
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE134001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
0
10
11
Turbidez
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
40000
Turbidez
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.8 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré enchendo às 13:40h.
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve141001
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE141001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
10
11
Turbidez
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.9 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Preamar às 14:10h.
Gráfico Salinidade/Turbidez ve150001
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE150001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Longitudinais
-0,2
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
Velocidades
Projetadas
0
10
0
Turbidez
11
10000
20000
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.10 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 15:00h.
99
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve154001
0
5
10
15
20
25
30
35
Salinidade
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE154001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
0
10
11
Turbidez
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.11 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 15:40h.
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve165001
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE165001
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
0
11
Turbidez
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.12 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 16:50h.
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve173501
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE173501
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Longitudinais
-0,2
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
Velocidades
Projetadas
0
10
11
Turbidez
0
10000
20000
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.13 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:35h.
100
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve175601(a)
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE175601(1)
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinas
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
0
10
11
Turbidez
0
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.14 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:56h(1).
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve175601(b)
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE175601(2)
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
Longitudinais
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
0
10
0
Turbidez
11
10000
20000
Velocidades
Projetadas
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.15 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:56h(2).
Gráfico de Salinidade/Turbidez ve175601(c)
0
5
10
15
20
25
30
Salinidade
35
0
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
Profundidade
Profundidade
Gráfico VE175601(3)
0
5
6
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Longitudinais
-0,2
0
0,2
Transversais
0,4
0,6
Coluna d'Água
0,8
1
Velocidades
Projetadas
10
0
Turbidez
11
10000
20000
30000
Turbidez
40000
50000
60000
70000
Salinidade
Gráfico V.16 – Representação das velocidades u’, v’ e w’ projetadas longitudinalmente e
transversalmente ao eixo do canal – Maré vazando às 17:56h(3).
101
V.5.5 – Análise das Amostras
As amostras retiradas da coluna de água durante a campanha foram
processadas e analisadas no Laboratório de Dinâmica de Sedimentos Coesivos –
LDSC, do Programa de Engenharia Oceânica da área de Engenharia Costeira da
COPPE/UFRJ. Após o registro do volume de cada amostra, as seguintes atividades
foram realizadas:
•
Filtragem para determinação da concentração, em massa, dos sedimentos
presentes nas amostras. Foram utilizadas Membranas HÁ em Ester de
Celulose com 0,45 UM de poro e 47 mm de diâmetro, na cor branca, lisa.
•
Secagem em estufa.
•
Esfriamento em recipiente contendo desumidificador (Sílica Gel).
•
Pesagem final, em balança de precisão.
Os valores encontrados em laboratório foram registrados no intuito de
complementar os dados obtidos durante a campanha de medições no Porto de Itajaí,
além de permitir a comparação com outros dados obtidos da literatura e registrados na
tabela III.3 do capítulo III – Dragagem por Injeção de Água – WID.
V.5.6 – Concentração dos Sedimentos na Coluna de Água
Os resultados obtidos para análise das amostras foram reunidos e
registrados na tabela V.5. Assim, obtivemos os registros necessários para calcular as
concentrações de partículas em cada amostra, identificando, neste parâmetro, como
um importante item para o cálculo da massa específica, em vários níveis da coluna de
água.
A relação entre a concentração de sedimentos (g/l) e a massa
específica da mistura dos sedimentos na água (kg/m3), foi calculada a partir da
seguinte relação:
⎛ ρs − ρ (S , T ) ⎞
⎟ + ρ (S , T )
ρs
⎝
⎠
ρ (S , T , C ) = C ⎜
102
Os valores registrados na tabela V.5, permitem uma avaliação sob dois
aspectos: antes e durante a dragagem por injeção de água, os quais, a seguir, são
descritos:
1)
Registros efetuados antes da dragagem – Compreendem um
total de quinze amostras numeradas 09:44:00 até 17:45:20, colhidas de incursões dos
instrumentos em vários níveis da coluna de água. As amostras processadas, deste
período, indicaram que a massa específica do fluido acompanhava os valores da
salinidade da água, na superfície e no leito. Todavia, as amostras 09:56:40 e 10:20:55,
se constituíram em exceções pois, apresentaram os respectivos valores 1060 e
1104kg/m3, bem acima dos demais resultados encontrados. Estas amostras foram
recolhidas durante o período de maré de enchente, no fundo do corpo hídrico, quando
a turbidez registrava grande variação através dos seguintes gráficos identificados:
ve094001 e ve101001, respectivamente.
2)
Registros efetuados durante a dragagem – Compreendem um
total de sete amostras numeradas de 18:03:20 até 18:19:00, colhidas das incursões
dos instrumentos em dois níveis da coluna de água, um a cinco metros da superfície e
outro no leito do rio. As amostras identificadas com os números 18:03:20, 18:05:00,
18:11:30 e 18:17:10 foram colhidas no meio da camada fluida e tiveram seus valores
de massas específicas quase idênticos aos da salinidade da água no mesmo local.
Entretanto as amostras 18:05:50, 18:12:42 e 18:19:00, registraram, respectivamente,
os seguintes massas específicas, 1053, 1050 e 1045 kg/m3. Estas amostras foram
recolhidas durante o processo de dragagem, próximas ao leito do rio, confirmando
uma maior concentração de sedimentos no local, no entanto os valores registrados
para a cunha salina foram em média 1028kg/m3, no mesmo local de coleta destas
amostras, conforme dados relacionados na tabela V.5.
103
A Figura V.6 demonstra, de maneira ilustrativa, o procedimento utilizado
nas incursões para coleta de dados e amostras, na tentativa de identificar os principais
forçantes hidrodinâmicos, presentes durante o processo de dragagem por injeção de
água – WID.
Monitoramento da Dragagem
Draga de Injeção de Água
Guincho
Lancha de Monitoramento
Tubo de Injeção
de Água
Corrente de Turbidez
Leito do rio Itajaí-Açú
Estrutura
com
Sensores
Poita de Fundeio
Figura V.6 – Ilustração mostrando o monitoramento utilizado na campanha de medições
no canal de acesso ao Porto de Itajaí.
104
RESULTADOS OBTIDOS EM ENSAIOS NO LABORATÓRIO DE DINÂMICA DE SEDIMENTOS COESIVOS – LDSC / PEnO / COPPE.
ρ (mistura)
Perfil
Amostra
Volume
Temperatura
Peso Filtro
Peso (F+A)
Peso Prato
Peso (P+A)
Peso Amostra
Concentração
Salinidade (A)
Ensaio
Identificação
(ml)
(°C)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g)
(g / l)
(Kg/m )
(Kg/m )
ve094001
ve094001
ve094001
ve094001
ve094001
ve094001
ve101001
ve104001
ve104001
ve111001
ve111001
ve130001
ve130001
ve134001
ve173501
ve175601
ve175601
ve175601
ve175601
ve175601
ve175601
ve175601
9:44:00
9:47:30
9:50:00
9:51:00
9:52:47
9:56:40
10:20:55
10:49:02
10:50:00
11:19:30
11:21:30
13:08:30
13:14:00
13:48:00
17:45:20
18:03:20
18:05:00
18:05:50
18:11:30
18:12:42
18:17:10
18:19:00
530
255
285
280
270
280
182
268
262
269
264
274
260
262
265
256
261
225
450
425
432
365
27.83
27.43
27.18
27.12
27.10
27.09
27.07
27.00
27.00
26.26
26.28
26.38
27.63
26.55
26.84
26.98
26.90
26.90
26.90
26.89
26.96
26.92
0.0955
0.0934
0.0889
0.0892
0.0884
0.0959
0.0952
0.0942
0.0940
0.1910
0.0864
0.0948
0.1867
0.0945
0.1714
0.0868
0.1720
0.0892
0.1896
0.0854
0.1726
0.0859
0.1023
0.1010
0.1154
0.1631
0.2594
0.2102
0.1264
0.3697
0.4425
0.7162
0.5328
0.3809
1.1401
0.1486
1.2800
0.1571
0.6742
0,7617
0.3380
0.1419
0.4747
0.1212
0
0
0
0
0
3.2759
3.2755
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3.3084
0
3.2757
0
3.304
0
0
0
0
0
19.08
27.82
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
11.82
0
18.94
0
13.83
0.0068
0.0076
0.0265
0.0739
0.1710
15.9184
24.5757
0.2755
0.3485
0.5252
0.4464
0.2861
0.9534
0.0541
1.1086
0.0703
0.5022
9.1841
0.1484
15.7208
0.3021
10.5613
0.0128
0.0298
0.0930
0.2639
0.6333
56.8514
135.0313
1.0280
1.3302
1.9524
1.6909
1.0442
3.6669
0.2065
4.1834
0.2746
1.9241
40.8182
0.3298
36.9901
0.6993
28.9351
1020
1020
1020
1022
1023
1026
1022
1026
1015
1028
1015
1017
1028
1028
1028
1022
1028
1028
1026
1028
1026
1028
1020
1020
1020
1022
1023
1060
1104
1027
1016
1029
1016
1018
1030
1028
1030
1022
1029
1053
1026
1050
1026
1045
3
3
105
Tabela V.5 – Registros dos resultados obtidos das amostras recolhidas da coluna de água durante a campanha de medições no
canal de acesso ao Porto de Itajaí, no dia 9 de março de 2005.
VI – DISCUSSÃO DAS CONDIÇÕES DE DRAGAGEM NO PORTO DE ITAJAÍ
VI.1 – Introdução
A condição de micro maré, a estratificação e a intrusão salina são
características do estuário do Rio Itajaí-Açú que devem ser quantificadas no tempo e
no espaço, em relação ao sítio operacional, para propiciar um planejamento adequado
ao processo de dragagem por injeção de água. Os resultados registrados na
campanha de medições permitiram evidenciar que a maré astronômica, devido à
penetração da cunha salina quando a descarga fluvial é baixa (DOBEREINER, 1986),
representa um dos fatores relevantes para o processo de dragagem no Porto de Itajaí,
pois seu escoamento é realizado próximo ao leito da calha hidráulica, determinando
cuidados para garantir uma densidade da pluma de sedimentos maior que esses
escoamentos. Já o fluxo das águas continentais permanece na parte superior da
coluna de água, a princípio, sem grande interferência sobre o leito. A representação
dos gráficos de salinidade x profundidade (Capítulo V – subitem V.5.4) demonstra que,
independentemente da maré de vazante ou de enchente, a camada de água próxima
ao leito continua apresentando altos valores de salinidade. As águas fluviais só
interferem com o fundo quando acontece o período de cheias do rio. Quanto à atuação
de ventos na superfície da água e as ondas de marés meteorológicas na área
dragagem, a região abrigada do estuário do Rio Itajaí-Açú, normalmente, suaviza a
ação dessas interferências.
VI.2 – Trajetória dos Sedimentos Ressuspensos
O deslocamento da corrente de densidade seria responsável pelo
transporte advectivo das partículas ressuspensas, permitindo que a trajetória desejada
para esses sedimentos ultrapasse a embocadura do rio para além do canal externo,
na região costeira, onde as correntes possam carrear estes sedimentos o mais
distante possível do sítio operacional para, então, iniciar o processo de deposição no
fundo. No Porto de Itajaí, a utilização do método ebb-WID, já descrito no capítulo II,
subitem II.4.2 (WINTERWERP et al., 2001), procura se beneficiar de um período onde
as correntes de vazante apresentam os valores mais favoráveis, nas proximidades do
leito, na tentativa de se manter a pluma de sedimentos escoando em direção ao mar.
106
VI.3 – Interferências na Operação de Dragagem
O processo WID pode sofrer interferências operacionais através de
restrições ao equipamento ou ao escoamento da pluma de sedimentos. Interrupções
na operação da draga são consideradas mínimas, pois sua versatilidade, a princípio,
não encontra dificuldades operacionais em locais de acessos, normalmente, restritos
às dragas convencionais, principalmente devido à profundidade do canal e espaço
para manobras. Além disso, como a operação ocorre, preferencialmente, em vias
aquáticas abrigadas, a paralisação devido à formação de ondas de marés
meteorológicas ou mau tempo é desprezível. Porém, o deslocamento da corrente de
densidade pode sofrer significativas interferências devido as correntes naturais, já
tratadas no capítulo V, subitem V.2.
Uma das preocupações da dragagem por injeção de água é fluidificar o
material de fundo de maneira que a densidade desta mistura fique maior que a
densidade das águas fluviais ou da cunha salina, quando for o caso, levando-se em
consideração as características hidrodinâmicas do Rio Itajaí-Açú. Neste raciocínio, a
cunha salina, menos densa que a corrente de densidade, deverá se deslocar para
uma camada superior do fluido, com isto a pluma de sedimentos permanece junto ao
leito evitando um contato com outros forçantes hidrodinâmicos existentes na coluna de
água, preservando a sua estabilidade. Por outro lado, se a fluidificação dos
sedimentos apresentar valores de densidade muito altos, significa que a corrente de
densidade formada se propagará por curtas distâncias, se tornando, também, uma
interferência indesejável ao processo de dragagem. Portanto, a densidade da corrente
de turbidez deve ser bem controlada durante o processo de dragagem para se obter o
melhor desempenho operacional. Valores de massa específica entre 1020 e
1100kg/m3 para a corrente de densidade foram encontrados em campanhas no Rio
Mississipi - EUA (BORST et al., 1994), sendo considerados convenientes ao processo
WID.
107
VI.4 – Periodicidade das Batimetrias
A periodicidade das batimetrias no método por injeção de água é muito
importante para visualizar a situação da área de dragagem e da deposição dos
sedimentos removidos. Monitoramentos acompanhados por KNOX et al. (1994),
durante testes de dragagem pelo processo WID, no Rio Mississipi, nos EUA, indicaram
a necessidade de uma freqüência tríplice nas batimetrias iniciais, sendo providenciado
uma ação anterior, uma durante e outra posterior ao processo de dragagem, não
somente no sítio de operação com ainda em áreas adjacentes. Este procedimento visa
avaliar a taxa de produção do equipamento, a espessura do corte de dragagem e a
trajetória percorrida pela corrente de densidade até o depósito final dos sedimentos.
Após esta fase inicial, os monitoramentos subseqüentes envolvem, normalmente, uma
sondagem batimétrica posterior a cada procedimento de dragagem, principalmente
quando se trata de operações em áreas constantemente dragadas, onde vários
registros já foram efetuados, sendo as condições hidrodinâmicas locais e as
características das partículas bem conhecidas. Porém, caso algum fator inoportuno
altere os valores já identificados, um incremento na periodicidade das batimetrias será
necessário para melhor avaliar as novas condições do corpo aquático, adaptando um
novo plano de dragagem 42 para evitar desperdícios com operações inadequadas ou
com pouca eficiência.
VI.5 – Discussão dos Resultados Obtidos
Analisando os resultados obtidos na campanha de medições no Porto
de Itajaí, além dos principais parâmetros obtidos na literatura e registrados na Tabela
III.3, pode-se destacar:
•
Velocidade da Corrente de Densidade – Os valores registrados pela
literatura afirmam que existe uma variação na velocidade desta corrente entre
0,3 até 0,5m/s, obtidos através de acompanhamento por sonar, no Rio
Mississipi – EUA e Rio Thames – UK. No Porto de Itajaí o instrumento utilizado
para medir a velocidade das correntes de fundo foi o ADV – Acustic Doppler
Velocimeter, citado no capítulo V – subitem V.4.2, que por diversas vezes
42
Contempla as ações pertinentes para aperfeiçoar o desempenho dos equipamentos de
dragagem em uma operação planejada.
108
registrou valores, no leito, superiores aos citados na literatura durante o
período de dragagem, não só no período de maré de enchente como ainda no
período de maré de vazante, causando dúvidas se a dragagem estaria
ocorrendo por indução artificial da corrente de densidade ou por deslocamento
natural dos sedimentos durante a maré de vazante, aumentando a capacidade
de transporte desta corrente através de processos hidrodinâmicos naturais, já
definido no capítulo II – subitem II.2.6. Este raciocínio teve como base as
curvas de velocidades dos gráficos V.1 ao V.16, cujos valores foram obtidos
nas coordenadas de campanha mencionadas na figura V.4.
•
Material em Suspensão durante a atividade de dragagem – As amostras
recolhidas na campanha de campo no Porto de Itajaí indicaram valores
menores que as coletas mencionadas na literatura, ou seja, entre 28g/l a 40g/l,
enquanto na literatura foi citada a faixa entre 50g/l a 100g/l. No texto foi
esclarecido que a pluma de sedimentos formada pelo processo deve
permanecer com valores próximos aos das correntes naturais que, neste caso
seriam os sais presentes na intrusão salina que alcançaram, em Itajaí, o valor
médio de 1028kg/m3, como os valores obtidos para a corrente de densidade
(1045kg/m3 a 1053kg/m3) durante o processo de dragagem foram próximos ao
da cunha salina e encontravam-se dentro da variação citada pela literatura
(1020kg/m3 a 1100kg/m3) pode-se resumir que os parâmetros da corrente de
turbidez estariam dentro de uma normalidade aceita literariamente. Contudo,
esta situação, também, não possibilita afirmar que, no ponto indicado na
campanha de campo (figura V.4), esta pluma de sedimentos estaria sendo
formada pela ação da dragagem ou pelas correntes naturais que se
encontravam presentes no local, pois, baseando-se na análise feita através do
gráfico V.13, já havia indicação de elevada turbidez no fundo com velocidades
das correntes próximas a 0,20m/s, antes do início da dragagem. Considerando
os gráficos V.14, V.15 e V.16, plotados com dados apurados durante o período
de dragagem, ficou constatado que os valores de turbidez e das velocidades,
junto ao leito, possuem somente um pequeno incremento em relação aos
valores do gráfico V.13, podendo este acréscimo ter sido motivado pela
aceleração das correntes de vazante.
109
VII – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
VII.1 – Conclusões
1 – Os custos operacionais podem ser considerados pequenos, principalmente
no item de combustíveis e lubrificantes, quando se analisa a relação entre a potência
total instalada no equipamento e a taxa efetiva de dragagem. Tal evidencia é
ressaltada quando se compara o processo WID com outros métodos convencionais de
dragagem, conforme detalhado no capítulo IV, subitem IV.5, deste trabalho.
2 – A principal ferramenta de dragagem utiliza uma tecnologia que depende de
ações introduzidas pelo equipamento operacional como: vazão e pressão do fluido
injetado, deslocamento e distância da câmara de água em relação ao leito, para
fluidificar e remover o material de fundo através da formação da corrente de
densidade. Tais parâmetros poderão interferir na produtividade do equipamento
diminuindo significativamente o seu rendimento operacional se forem conduzidos
incorretamente.
3 – Através do registro obtido no item 03 da tabela III.3, pode-se concluir que o
processo WID possui alta taxa de produção (aproximadamente 1110m3/h),
principalmente considerando a potência média instalada nas dragas de injeção de
água, conforme descrito na tabela III.2. Isto ocorre, principalmente, porque o
deslocamento do material dragado, até a sua deposição final, independe da atuação
do equipamento, propiciando um maior período efetivo de dragagem. Com isto, a
potência disponível do equipamento só é utilizada para remoção do material de fundo.
4 – Esta metodologia propicia uma operação de dragagem mais recomendável
que as dragagens convencionais nas seguintes ocasiões, já mencionadas no capítulo
III, subitem III.5.4:
•
Em dragagens de áreas portuárias, principalmente junto aos berços de
atracação e costados de embarcações, devido à ausência de vários
equipamentos e acessórios de dragagem.
110
•
Em locais com restrições no leito do corpo hídrico como: existência de
tubulações submarinas, presença de pilares de pontes ou, ainda, túneis
submarinos.
•
Em regiões com muita movimentação de navios, pois a pluma de sedimentos
se escoa sob o casco das embarcações, sem causar danos ou dificuldades à
navegação.
•
Em incremento de profundidade localizada e restrita, para assentamento de
cabos submarinos e linhas de dutos.
5 – Mesmo em regiões estuarinas que possuam grandes interferências dos
forçantes hidrodinâmicos, principalmente no leito durante o período de maré de
enchente, a metodologia WID poderá ser empregada com uma estratégia alternativa
chamada ebb-WID (WINTERWEP et al., 2001), onde o carreamento dos sedimentos
para além do sítio de dragagem é realizado somente durante o período entre a
preamar até a baixamar, aproveitando-se das correntes geradas pela vazante da maré
astronômica. Mesmo reduzindo seu período operacional a metodologia ainda é
atrativa, sendo empregada, com muita freqüência, na dragagem do Porto de Itajaí que
se utiliza dessa estratégia para possibilitar um maior percurso da pluma de
sedimentos, nesse caso, em direção à plataforma continental, evitando as
interferências das correntes naturais durante a maré de enchente.
6 – Operações de dragagem que possuam o local de despejo restrito, como
por exemplo, em terra ou em meios aquáticos bem delimitados, tornam inviável a
utilização desta metodologia, devido à impossibilidade de deposição em terra e a
dificuldade de manipular a pluma de sedimentos no meio aquático.
7 – O deslocamento e a trajetória da corrente de densidade dependem das
características das partículas do leito, da topografia e talude de fundo do corpo hídrico,
além da manutenção dessas características durante o período de dragagem,
necessitando um grande monitoramento, superior aos das dragas convencionais,
através de constantes sondagens batimétricas para avaliar o desempenho da
dragagem e a trajetória dos sedimentos suspendidos.
8 – A literatura indica que a eficiência do processo de dragagem por injeção de
água fica restrita a sedimentos de fundo constituídos por partículas com D50 ≤ 0,2 mm.
111
A utilização acima deste limite é possível, porém com limitações crescentes até se
tornar inviável. Contudo sedimentos que possuam grande velocidade de queda – Ws –
no meio fluido, poderão inviabilizar o processo de dragagem por injeção de água
mesmo com uma granulometria D50 ≤ 0,2 mm.
9 – A operação em leitos com materiais contaminados é ainda restrita ao
processo WID devido aos efeitos de adsorção e dessorção de sedimentos
contaminados para as partículas suspensas, conforme já avaliado no capítulo III –
subitem III.4, podendo causar dispersão desses contaminantes na coluna de água
com conseqüente contaminação de outros sítios fora da área de atuação da
dragagem. Também a interferência na biota local deve ser considerada no
planejamento operacional principalmente em regiões estuarinas onde a diversidade da
vida marinha é intensa.
10 – Possibilidade de atuação em conjunto com outros tipos de dragas,
efetuando o deslocamento do material dragado até outros sítios, onde a dragagem
convencional possa atuar com maior eficiência e economia.
11 – Utilizando os resultados encontrados na campanha de medições no Porto
de Itajaí, pode-se citar que:
•
Durante algumas incursões dos instrumentos foram registradas velocidades no
fundo superiores a 0,3m/s, correspondente ao avanço da cunha salina para
montante do estuário o que indica uma corrente contrária à trajetória desejada
para a corrente de densidade. Este fato foi constatado nos gráficos V.6 e V.7,
onde foram registradas velocidades de 0,7m/s e 0,3m/s, respectivamente.
Estas correntes naturais podem causar interferências na rota da corrente de
densidade em direção a embocadura do canal, podendo justificar, nessa
situação, a utilização da proposta ebb-WID no rio Itajaí-Açú.
•
Um dos objetivos da campanha de campo no Porto Itajaí foi tentar identificar as
características hidrodinâmicas da corrente de densidade. Os gráficos V.14,
V.15 e V.16 tiveram seus valores registrados pelos instrumentos durante o
processo de dragagem, sendo encontradas velocidades no fundo próximas a
0,28m/s. As amostras colhidas no leito nestas três incursões registraram pesos
112
específicos de 1053, 1050 e 1045kg/m3 enquanto a cunha salina, no mesmo
período alcançou o valor de 1028kg/m3. A tabela III.3 registra os valores da
corrente de densidade entre, 0,3 a 0,5m/s para velocidade e 1020 a 1100kg/m3
para a massa específica da mistura fluidificada. Mesmo apresentando
resultados bem próximos à literatura, é prematura a conclusão de que os
valores registrados são oriundos de uma possível indução de corrente de
densidade pelo processo WID, pois os gráficos anteriores à dragagem, durante
a maré de vazante, também evidenciaram uma corrente natural no fundo com
valores próximos a 0,3m/s.
VII.2 – Recomendações
1 – Para iniciar este processo de dragagem, WID, em regiões aquáticas com
poucos registros de sua hidrologia, recomenda-se a implantação de um programa de
monitoramento hidrodinâmico mais amplo que os utilizados para os métodos
convencionais, ou, quando possível, um teste operacional prévio, para avaliar se as
correntes locais não irão interferir significativamente com o planejamento de
dragagem, introduzindo, nesse contexto, as ações já mencionadas no capítulo III,
subitem III.2 – Monitoramento, deste trabalho.
2 – Baseado no Estudo de Caso da Dragagem no Porto de Itajaí, para seleção
de uma draga por injeção de água conforme citações registradas no capítulo III, é
recomendável, quando disponível, um levantamento histórico das correntes locais e do
volume de assoreamento, no sítio operacional e nas áreas adjacentes, devido à
necessidade de se conhecer as épocas de cheias e de estiagens da região, assim
como a taxa de assoreamento por períodos distintos de sedimentação. Dessa
maneira, o planejamento da dragagem torna-se mais confiável, pois a capacidade
nominal do equipamento deverá ser suficiente para atender as necessidades de
dragagem no local, considerando a pior condição imposta pela natureza. Pode-se
também optar pela utilização de mais de um equipamento de dragagem durante o
período de pior condição de assoreamento, porém esses custos devem ser analisados
e comparados.
113
3 – Quando a taxa de assoreamento do sítio operacional for superior a
capacidade nominal da draga por injeção de água e, por algum motivo, as condições
de dragagem locais não permitirem a utilização de mais de um equipamento WID,
deve-se considerar a possibilidade de utilizar um equipamento de dragagem
convencional para atender esta defasagem de produção, ressalvando, neste caso, que
a distribuição dos serviços na área de dragagem seja adequada com as características
operacionais de cada metodologia.
4 – Apesar da modelagem ser muito útil para indicar o possível local de
deposição do material dragado, isto é, onde a corrente de densidade se dispersa,
recomenda-se o acompanhamento programado da dragagem através de instrumentos,
a fim de evitar alterações na rota pré-estabelecida para a pluma de sedimentos e no
planejamento de dragagem, tendo em vista a possibilidade do surgimento intempestivo
de forçantes hidrodinâmicos indesejáveis, além de possíveis alterações na topografia
do leito aquático, devido ao fundo móvel normalmente presente no sítio operacional.
5 – Torna-se muito recomendável o constante monitoramento batimétrico dos
sítios adjacentes ao Porto de Itajaí, mencionado no capítulo VI – item VI.4, para avaliar
se a concentração de sedimentos, em áreas adjacentes, tem sido alterada devido o
incremento dos sedimentos suspendidos pela ação do processo WID, assim como é
necessária uma constante análise dos materiais dragados para descartar a presença
de contaminantes no leito aquático, tendo em vista que esta metodologia não possui
amparo técnico para atuação em leitos contaminados.
114
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