Universidade Federal do Ceará – UFC Centro de Tecnologia – CT Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental – DEHA
APOSTILA ENGENHARIA COSTEIRA E PORTUÁRIA
Prof. Iran E. Lima Neto, PhD
Fevereiro de 2012
ÍNDICE GERAL
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 3 1. HISTÓRIA DA ENGENHARIA COSTEIRA E PORTUÁRIA .......................................... 4 2. HIDRODINÂMICA MARÍTIMA ........................................................................................... 9 3. MEIO FÍSICO COSTEIRO .................................................................................................. 16 4. PERFIS DE PRAIA ................................................................................................................ 21 5. PROCESSOS DE TRANSPORTE LITORÂNEOS ............................................................ 24 6. PROCESSOS EROSIVOS E DE ASSOREAMENTO DE COSTA .................................. 29 7. MODELOS MATEMÁTICOS APLICADOS À ENGENHARIA COSTEIRA E PORTUÁRIA .............................................................................................................................. 33 8. OBRAS COSTEIRAS............................................................................................................. 38 9. OBRAS PORTUÁRIAS ......................................................................................................... 42 10. GESTÃO PORTUÁRIA....................................................................................................... 46 11. GESTÃO AMBIENTAL ...................................................................................................... 63 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 80
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Introdução Estudos indicam que cerca de 80% da carga internacional é movimentada via portos. Portanto, a gestão adequada de instalações portuárias representa atualmente, no Brasil, com sua vasta extensão de costas e rede fluvial, um fator de primordial importância para o seu desenvolvimento econômico. Pretende-se, nesta apostila, abordar temas relevantes à área de Engenharia Costeira e Portuária, de forma que esta possa servir como material de referência às disciplinas de “Portos” e “Engenharia Costeira”, constantes respectivamente dos currículos dos Cursos de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Ceará – UFC. Cabe salientar que o enfoque é dado aos sistemas marítimos, uma vez que assuntos relacionados à hidráulica fluvial já são abordados em disciplina homônima do Curso de Engenharia Civil da UFC.
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1. História da Engenharia Costeira e Portuária Um dos principais motivos para se estudar a história da engenharia costeira e portuária é a vasta experiência e suas lições práticas que podem ser utilizadas no projeto, construção e gestão de portos e costas. Desde os primeiros registros da construção de obras de engenharia costeira no velho mundo até a atualidade, muitos avanços têm sido feitos, principalmente com o surgimento nas décadas mais recentes de ferramentas como modelagem física e matemática e de infraestruturas costeiras mais leves e/ou menos danosas ao meio ambiente. A seguir, apresenta-se um resumo da história da engenharia costeira e portuária: Velho Mundo A história da engenharia costeira e portuária remonta de antes do velho mundo às margens do Mar Mediterrâneo, do Mar Vermelho e do Golfo Pérsico. Os relatos sobre engenharia costeira e portos feitos por egípcios, fenícios, gregos, etruscos, etc. tiveram início a partir do desenvolvimento do comércio marítimo, provavelmente antes do período de 3.500 Antes de Cristo. O comércio marítimo teve fundamental importância cultural e de crescimento da civilização, e a expansão da navegação e comunicação direcionaram a prática da engenharia costeira. Durante essa era, a utilização de mão de obra escrava, em larga escala, permitiu que instalações portuárias (diques, embarcadouros, quebra-mar, e outros trabalhos portuários) fossem construídas manualmente e, freqüentemente, em grande escala, tal como outras obras monumentais da época: pirâmides, templos e palácios. Algumas dessas obras são ainda visitadas, enquanto outras estão sendo estudadas por arqueólogos. Muitas dessas instalações portuárias desapareceram devido a terremotos, ficando soterradas, outras submergiram e foram cobertas pelo lodo, ou até mesmo se perderam por falta de manutenção. Presentemente, arqueólogos, usando técnicas modernas de inspeção, escavação, e de recuperação de documentos, têm revelado algumas das sofisticadas técnicas de engenharia utilizadas nestas obras. Interessantes técnicas construtivas têm aparecido e estão reaparecendo em projetos atuais de obras costeiras. Comumente, as instalações portuárias da Antigüidade eram bem planejadas e seus diques eficientemente localizados ou quebra-mar para proteção e um cais ou dique (porto) para receber navios, elementos, em geral, incluídos em modernos portos. Literaturas Gregas e Latinas proveram descrições, sucintas, de obras costeiras, sendo a maioria delas sobre portos, mas também havia relatos sobre estruturas de proteção da costa na Itália, Inglaterra e Holanda, por exemplo. Elas mostram a habilidade do velho mundo em compreender e manipular vários fenômenos físicos, complexos, utilizando uma quantidade limitada de dados e ferramentas de cálculo simples. Apesar das dificuldades tecnológicas da época, conseguiram 4
compreender vários fenômenos físicos, como, por exemplo, a ligação de causa e efeito entre correntes do mediterrâneo, os ventos padrões e as ondas de vento. Período Pré-Romano Os portos na Antigüidade podem ser divididos em três grupos, de acordo com sua estrutura padrão e o desenvolvimento da engenharia. a) Os mais antigos, em formações naturais com banco de areia (ou recifes) – zona frontal, offshore, a pouca distância da praia eram adaptadas para dar proteção aos hábeis práticos que dirigem as embarcações a ancorar. b) Um segundo grupo, paredes verticais eram construídas em rasos para servir de quebra mar e diques. Portos desse tipo ficavam em praias protegidas, e freqüentemente eram conectadas ao sistema de defesa da cidade (Tyre). Em geral, o tráfico era fechado com correntes para evitar a entrada de navios inimigos. c) O terceiro grupo, foram portos que eram impostos em costas planas com a utilização da inovação como o engenhoso e aperfeiçoado cimento hidráulico. Projetos como esses requeriam engenharia, construção, e recursos financeiros do império. A origem do quebra-mar é desconhecida, porém, os Egípcios construíram obras como estas no rio Nilo por volta de 2.500 a.C. Provavelmente o mais antigo porto feito pelo homem nesta era foi o primeiro porto do Egito construído a Oeste da Ilha Phoros por volta de 1.800 A. C (onde futuramente Alexandria seria fundada). Historicamente conhecido como “the Great Harbor”, este porto foi antigamente o principal porto do Egito. Alexandria foi fundada em 332 a.C., por Alexandre Magno, para ser a melhor cidade portuária da Antiguidade. O seu segundo porto foi construído com um imponente quebra-mar (1.5 km) que chegava até a Ilha de Pharos, onde foi erguido o famoso Farol de Alexandria (130 m, marco de entrada do porto), uma das sete maravilhas do mundo. Neste época era comum a construção de estátuas ou outros monumentos sobre quebramares na entrada dos portos. O Colosso de Rodes é um outro exemplo (atualmente possui moinhos de vento). Outros importantes portos construídos nesta era por outros povos (gregos, fenícios, libaneses, etc) foram os portos de Pyrgi, Tyre, Byblos, Sydom, Cnidos e Phaselis. Período Romano Os romanos introduziram muitas inovações revolucionárias em projetos e obras portuárias. Eles desenvolveram técnicas de construção de paredes sobre as águas e de sólidos quebra mares para proteger portos expostos. Eles usaram juntas de metal e braçadeiras para manter blocos vizinhos unidos e foram-lhe creditado a descoberta do cimento hidráulico, embora seu uso tenha sido registrado pelos gregos anteriormente. Outra técnica avançada usada em aplicações sobre as 5
águas foi a caixa d’água flutuante impermeável, precursor do moderno monolítico quebra mar usado também como quebramar secundário para proteger os quebramares principais. Os romanos inventaram também os píeres em pilares permitir circulação de água e sedimentos. Eles utilizaram ainda sistemas de reflexão de ondas para prevenir a deposição de sedimentos. Para garantir a estabilidade de embocaduras e proteger estruturas costeiras, os romanos inventaram ainda os famosos guias-correntes. Assim, usando algumas dessas técnicas, os romanos construíram sofisticadas estruturas portuárias e costeiras na Itália e em diversos outros países. O Porto Imperial de Roma foi, por exemplo, uma das grandes obras construídas nesse período. Outros importantes portos construídos nesta época foram os portos de Cosa e Astura. Obras pioneiras de dragagem em países como a Holanda também foram realizadas pelos romanos. Idade Média Após a queda do Império Romano, a ameaça de ataque pelo mar fez com que várias cidades costeiras e seus portos fossem abandonados. Outros portos se perderam devido a problemas de erosão e assoreamento. Este período foi caracterizado por um grande hiato na tecnologia costeira e engenharia marítima através da Europa, com raras exceções, como Veneza, por exemplo. Construída sobre as águas, Veneza foi uma das poucas áreas costeiras populosas que continuaram prosperando e evoluindo em proteção costeira. A proteção contra o mar era tão vital para os Venezianos que de XIII a XIV foram criadas várias leis proibindo cortar ou queimar árvores ao longo da costa, remover areia ou vegetação das praias ou dunas, ou exportar materiais usados na proteção contra as ondas, entre outras. Idade Moderna A era da Renascença (por volta do século XV a XVI) foi um período de despertar da ciência e tecnologia inclusive no campo da engenharia costeira. Enquanto o básico para projeto e construção foi desenvolvido pelos Romanos, o grande salto tecnológico deu-se pelo desenvolvimento e nascimento da ciência hidráulica, inclusive a hidráulica costeira. A primeira e única escola de hidráulica a existir antes da metade do século XVII foi a “Italian School of Hydraulics”. Leonardo da Vinci, com sua conhecida capacidade no campo da experimentação, baseado em observações sistemáticas de fenômenos naturais amparado em seu raciocínio, inteligência e criatividade intuitiva, pode ser considerado o precursor da hidrodinâmica e da engenharia costeira, com idéias e soluções avançadas e de aceitação comum por mais de três séculos a sua frente. Algumas dessas descrições sobre o movimento das águas 6
são qualitativas, mas são, contudo, geralmente tão corretas que alguns de seus projetos podem, proveitosamente, ser incluídas em textos de moderna hidrodinâmica costeira. Provavelmente, da Vinci tenha sido o primeiro a descrever e testar muitas técnicas experimentais agora empregadas nos mais modernos laboratórios de hidráulica. Para visualizar o campo de fluxo, ele usou partículas suspensas e corantes em tanques de água feitos de vidro, e fundos móveis, ambos na água e no ar. Muitas dessas técnicas são utilizadas ainda hoje no projeto de estruturas costeiras e portuárias. Da Idade Moderna à Atualidade Após o período da Renascença, embora tenha ocorrido grande progresso na área científica, pouco se fez na área de construções de portos. Com a navegação global seguiram-se as descobertas das Américas, Austrália, Nova Zelândia, Indonésia, entre outras no mundo, seguido de migração e colonização. Para proteger essas novas colonizações, foram construídos numerosos fortes nas suas costas, que, enfim, constituíam-se um porto por extensão e assim, também, não deixavam de ser obra costeira, incluindo escavações de canais e bases portuárias, a construção de molhes para proteger a entrada do canal, lojas, etc. No decorrer dos séculos XVII a XIX, avanços na navegação, o advento dos engenhos a vapor, descobertas de novas rotas comerciais, a expansão dos impérios europeus através de suas colônias, e outros fatores, contribuíram para a revitalização da navegação por mar, com novas rotas comerciais, resultando em um renovado interesse em obras portuárias. Assim, devido ao aumento no volume de produtos comercializados, mais embarcações se faziam necessárias e novos navios, com maiores dimensões e mais largos, começaram a ser construídos, tornando necessário um melhoramento nas obras portuárias. Todos estes fatores contribuíram para um novo crescimento das obras em portos no mundo, desde os tempos do período Romano, e, exceto pela interrupção causada por duas guerras mundiais, os avanços em obras portuárias continuaram a crescer desde então. Durante este período também foi criada a U. S. Army Corps of Engineers (USACE), órgão responsável por uma grande variedade de projetos civis e melhoramentos nas rotas marítimas, portos, e sistemas de navegação. Outras importantes contribuições deste período foram dadas por Froude (primeiros experimentos utilizando modelos reduzidos para navios) e Reynolds (experimentos utilizando modelos reduzidos de fundo móvel). Finalmente, do século XIX à atualidade, diversos centros de estudos em engenharia costeira e portuária têm sido fundados (principalmente nos Estados Unidos, Alemanha, Holanda, Canadá, Japão, França, Inglaterra e Dinamarca) utilizando importantes ferramentas como modelagem física considerando análise dimensional e modelagem matemática e computacional para realização de pesquisa e desenvolvimento de projetos e obras na área de engenharia costeira. Dentre as obras costeiras construídas neste período, podem-se destacar os portos em Nova Iorque, Vancouver, Sydney, Roterdã, Singapura e Xangai. No Brasil destacam-se os portos 7
construídos nos municípios de Santos, Rio de Janeiro, Fortaleza, Vitória e Itajaí. Muitos dizem que a construção do Porto de Fortaleza (Mucuripe) deu início à área de Engenharia Costeira e Portuária no nosso país e também ao processo de degradação do litoral, já que a construção do molhe para funcionamento do porto acarretou em severas alterações morfológicas no litoral de Fortaleza, erodindo cerca de 30 km de extensão a sotamar do porto. Recentemente, estruturas pesadas de proteção costeira (espigões, molhes, etc) vêm sendo substituídas, quando possível, por soluções viáveis economicamente e menos agressivas ao meio ambiente, como, por exemplo, alimentação artificial de praia e estabilização de dunas (vegetação). Além disso, já existe uma preocupação com os impactos ambientais causados por obras costeiras e portuárias não só no local de sua instalação, mas também em áreas adjacentes. Por exemplo, as experiências de degradação do litoral devido à construção do Porto do Mucuripe serviram para elaboração do projeto do Porto do Pecém. Logo, esse porto foi construído afastado da praia (do tipo off-shore) de modo a minimizar os danos sobre a linha do litoral. Com isso, espera-se que a corrente litorânea, formada entre a zona de arrebentação das ondas e a linha da costa, continue a passar por baixo da ponte, alimentando assim as praias do litoral oeste e minimizando o problema da erosão a sotamar. Outras preocupações recentes são o problema de águas de lastro dos navios, em virtude de estas se constituírem de transportadores de espécies biologicamente exóticas e de contaminantes, o problema de urbanização acelerada das zonas costeiras, exigindo soluções adequadas para os problemas de erosão costeira e de lançamento de efluentes no mar, a gestão eficiente de águas estuarinas, berçários da vida marinha, os impactos causados pela elevação do nível do mar devido ao aquecimento global, entre outros.
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2. Hidrodinâmica Marítima
O conhecimento dos parâmetros físicos que atuam na zona costeira (ventos, ondas, correntes e marés) é a base fundamental para qualquer estudo dos processos dinâmicos, permitindo, assim, prever o comportamento da costa tanto sob condições naturais como sob a influência de obras e atividades realizadas pelo homem. A seguir, são discutidos cada um desses parâmetros físicos e suas relações com a zona costeira. Ventos Os ventos são formados devido a interações em diferentes escalas entre o oceano e a atmosfera. O sistema de ventos dominantes é a maior força motriz para as grandes correntes oceânicas. Na zona costeira brasileira, os ventos dominantes são os alíseos, anticilone do atlântico e polar e as frentes frias, não sendo esta significativamente afetada por furacões como outras regiões do planeta. A tensão tangencial provocada pelos ventos na superfície do oceano contribui para a geração de ondas. Essa tensão é geralmente obtida pela seguinte expressão:
a C d | V | V onde a é a massa específica do ar, Cd é o coeficiente de arrasto obtido experimentalmente (diretamente proporcional à velocidade, até atingir um platô quando U10 = 10 m/s) e V é o vetor velocidade horizontal em 10 m de altura. Além disso, os ventos atuam também no transporte de sedimentos como um agente equilibrador entre dunas e praias. Os ventos alísios são predominantes ao longo do ano na costa cearense. Ao incidirem na linha de costa, geram um vetor resultante paralelo à mesma, responsável pelo transporte de sedimentos junto à praia. O vento pode causar também sobreelevação da superfície do mar junto à costa, especialmente em zonas de pequena profundidade, devido à sua tensão tangencial na interface ar-água (avanço do mar sobre o litoral, resultando em ressaca do mar, que ocorre normalmente nos meses de janeiro e outubro, causada pelos fortes ventos e fortes marés). Além disso, a interação dos ventos com ondulações na superfície oceânica pode provocar diferentes pressões capazes de excitar as ondas e alterar suas características. Essas alterações são bem mais intensas e caóticas durante os períodos de tempestades. Durante um ciclo de 24 horas, ocorrem alterações nos ventos locais de uma região devido a alterações de temperatura entre continente e o oceano. Estes ventos são denominados como brisa (vento periódico que ocorre no litoral) marinha e terrestre. A formação destas brisas é devida à perda mais rápida de temperatura no continente durante a noite do que no oceano, ocorrendo pela manhã, ventos da terra (mais frio) para o mar (mais quente), ou seja, brisa terral. Durante o 9
decorrer do dia o continente vai absorver energia térmica mais rapidamente que o oceano, e ao final do dia a diferença de temperatura vai gerar ventos do mar para a terra, brisa marinha. Estas alterações na direção do vento vão influenciar a direção das ondas e correntes e no tipo de arrebentação das ondas no decorrer do dia. Portanto, para o gerenciamento costeiro, é extremamente importante o monitoramento da direção e da velocidade dos ventos. Para projetos de engenharia costeira, como por exemplo a implantação de estrutura portuária, a velocidade do vento a ser considerada é normalmente a média em 10 minutos, medida no local de interesse a uma altura de 10 m. Geralmente são consideradas velocidades para o vento superiores a 20 m/s.
Ondas Assim que o vento começa a atuar na superfície do oceano, ocorre uma colisão entre as moléculas, iniciando-se um processo de transferência de energia entre o ar e a água do mar. Surgem pequenas deformações conhecidas por ondas capilares. A superfície do mar torna-se rugosa. Se o vento cessar, a rugosidade também cessa imediatamente. As deformações aumentam se o vento continuar soprando e se transformam em pequenas ondas com uma parte elevada chamada crista, e uma depressão chamada cavado. Neste estágio, se o vento cessar, as ondas continuarão a ter vida própria e se propagarão pela superfície. São conhecidas por ondas de gravidade ou ondas gravitacionais. A distância entre duas cristas de uma onda representa o seu comprimento (L), enquanto o desnível entre a crista e o cavado representa a sua altura (H). Assim, podemos distinguir três limites para o cálculo dos parâmetros de uma onda em função de L e da profundidade da água (d): d L 0,5 (água profunda, onda não afetada pelo fundo)
0,5 d L 0, 05 (água de profundidade intermediária, onda afetada pelo fundo)
d L 0, 05 (água rasa, onda afetada pelo fundo) Para descrever as características de uma onda foram desenvolvidas várias teorias, como a de Airy, Stokes e Korteweg e de Vries, cada uma adequada para certas faixas de d/L. Provavelmente devido à sua simplicidade e relativamente boa precisão, a teoria de Airy é a mais empregada. De acordo com essa teoria, a velocidade de deslocamento (ou propagação) de uma onda (C) em águas profundas pode ser expressa por C g L 2 , enquanto a velocidade de propagação em águas rasas pode ser expressa por C gd . As ondas são responsáveis pelo transporte de energia. A energia total de uma onda é a soma das suas energias cinética e potencial, podendo ser expressa por:
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1 E gH 2 8 onde é a massa específica da água e g é a constante gravitacional. Com o vento soprando, a transferência de energia prossegue, e as ondas ganham altura. Logo haverá ondas de vários comprimentos, formando um conjunto de ondas denominado espectro. O espectro de ondas genérico é essencialmente contínuo desde ondas capilares, passando por ondas gravitacionais, ondas de longo período (como oscilações de superfície em bacias portuárias, tsunamis gerados por terremotos ou erupções vulcânicas submarinas, maremotos gerados por perturbações meteorológicas de grande escala como furacões), até as marés astronômicas (foco do próximo item). As características do espectro de ondas dependem de três propriedades do vento: intensidade (velocidade): ventos intensos formam ondas maiores. Velocidades acima de 10 m/s são necessárias para construir ondas com altura superior a 1 m.; duração: se o vento cessar prematuramente poderá não haver tempo suficiente para construir um espectro estável. Precisam soprar durantes alguns dias para que ocorra transferência de energia suficiente para formar ondas acima de 2 a 3 metros. Só para quantificar, um vento de 20 m/s necessita de cerca de 48 horas para construir um espectro estável; extensão: ventos soprando sobre uma pequena área não conseguem formar espectros estáveis. Precisam soprar por uma área de cerca de 1 a 2 mil quilômetros de comprimento, chamada pista de vento (fetch), para formar o espectro estável. As ondas podem ser classificadas em vagas ou sea (ondas curtas, geralmente irregulares ou randômicas) e marulhos ou swell (ondas longas ou ondulações – se aproximam bem às ondas monocromáticas ou regulares – senoidal: teoria linear de ondas). Vagas são ondas que ainda estão na zona de geração, sendo capazes de receber energia do vento. O marulho é composto por ondas mais longas que se propagaram para fora da zona de geração original. As ondas que modelam a linha da costa cearense são do tipo sea com período médio em torno de 5 s. As ondas swell são mais freqüentes nos três primeiros meses do ano, com períodos geralmente superiores 10 s, porém carregam grande quantidade de energia, capaz de erodir praias e provocar danos às estruturas costeiras e portuárias.
Alterações das ondas em águas rasas Quando as ondas chegam próximas à costa, começam a sofrer alterações em sua geometria. O empolamento consiste na alteração da altura da onda devido à redução da profundidade. Uma onda se modifica a partir do momento em que começa a sentir o fundo. Isso ocorre quando a profundidade é igual ou menor que a metade do comprimento de onda ( d L 0,5 ). A parte de baixo da onda passa então a sofrer atrito com o fundo, fazendo com que a parte de cima se desloque mais rápido, a onda vai empinando até que finalmente arrebenta dissipando energia. É somente a partir desse momento, da arrebentação da onda, que ela efetivamente transporta matéria, ou seja, antes disso somente energia é transportada. 11
Quando uma onda se aproxima da costa formando um determinado ângulo com a mesma, as partes mais próximas da costa “sentem” o fundo mais cedo e, nessas partes, a velocidade de propagação das ondas (celeridade) diminui. À medida que cada parte da crista da onda vai sentindo o fundo, as partes que o sentiram antes vão diminuindo cada vez mais a sua velocidade. Deste modo e de uma forma contínua a linha da onda vai se curvando. A este fenômeno dá-se o nome de refração de ondas, por ser similar ao que se passa com os raios de luz na refração óptica. Logo, a mudança na direção de uma onda em função da topografia de fundo pode ser dada pela lei de Snell: sen C sen 0 C 0
onde α é o ângulo formado entre a crista da onda e a curva batimétrica a uma dada profundidade (correspondente a uma celeridade C), e 0 e C 0 , o ângulo e a celeridade da onda não afetada pelo fundo. Isto significa que a onda tende a se tornar paralela à direção das isóbatas. Tipos de arrebentação de ondas Ao aproximar-se de águas progressivamente mais rasas, as ondas incidentes tendem a diminuir sua velocidade e ganhar altura, até que a velocidade na crista da onda exceda a velocidade de grupo da mesma, ponto no qual arrebentará, gerando grande turbulência e correntes na zona de arrebentação (ângulo de 120º ou d H). A arrebentação das ondas é caracterizada basicamente por três tipos: arrebentação progressiva – onda esbelta (declividade de praia suave), arrebentação mergulhante (declividade de praia baixa e intermediária) e arrebentação colapsante (declividade de praia intermediária a íngreme) (existe ainda a onda empolada correndo rampa acima – onda baixa de longo período - declividade de praia íngreme). A seguinte relação fornece aproximadamente os limites entre os tipos supracitados de arrebentação:
A b 2 g tan 2 sendo A b a amplitude da onda na arrebentação (Hb/2), a freqüência de radiano da onda dada por 2 T (onde T é o período da onda, definido como o tempo de passagem de duas cristas por um ponto fixo) e é a declividade da praia. Logo, para < 2,5 a arrebentação é do tipo colapsante, para 2,5< < 20 do tipo mergulhante e para > 20 do tipo progressiva. A influência do vento no tipo de arrebentação de onda O vento é um fator que influencia diretamente no tipo de arrebentação da onda. A influência dos ventos direcionados da terra para o mar (vento terral) sobre as ondas na arrebentação, favorecem a formação de ondas tipo mergulhante enquanto ventos na direção oposta (vento maral) favorecem a quebra de ondas tipo progressiva. Isto ocorre até um determinado nível de intensidade do vento. Quando acontece a mudança deste padrão para ventos muito fortes, os ventos terrais causam o retardamento da quebra de crista da onda e o tipo de quebra passa a ser progressiva. Já ventos muito fortes provenientes do mar resultam na aceleração da quebra da crista, resultando assim em ondas mergulhantes. 12
Sedimenntos Ao(s) ponto(s) p de arrebentaçção comum mente associia-se a ocoorrência de um bancoo arenoso, seguido por uma ccava. Por arrmazenarem m grandes volumes v de sedimento,, os bancoss arenosos desempeenham impportante pappel no balannço de sediimentos doss sistemas praiais e taambém na determinnação do espectro eneergético quee alcança a face praial, uma vez qque são ressponsáveis pela dissipação de uuma parte considerávell da energia de ondas inncidentes. Alteraçõões devido à presença de d obstáculoos Outros ffenômenos que também m ocorrem e modificam m as proprieedades das ondas são a difração, fenômenno tridimennsional oriunndo do resuultado de um ma atenuaçãão da agitação devido à presença de um oobstáculo, seendo responnsável pela propagaçãoo das ondas nas zonas dde sombra ggeométrica referidaas ao rumo das ondas;; e a reflexxão, fenômeeno responsável pela formação dde ondas estacionnárias parciaais quando as ondas dde oscilaçãoo incidem eem obstácullos. Estes ffenômenos também m podem cauusar erosão e transportee de sedimenntos prejudiciais as estrruturas marítimas. Finalmeente, para eestudos e pprojetos de engenharia costeira e portuária, deve-se coonhecer as caracterrísticas detaalhadas das ondas. O período de reecorrência dda onda de projeto nãoo pode ser menor ddo que o daa expectativva da vida útil da obraa, sendo noo mínimo 50 anos paraa as obras permaneentes expostas. Além dda estatísticaa das alturass das ondas nno local da obra a ser cconstruída, deve-se conhecer também oos fenômennos de emppolamento, refração, difração, rreflexão e mente a méédia de um terço das arrebenttação da onnda de projeto. A alturra significativa, comum ondas m mais altas, é geralmeente utilizaada para avvaliação daa capacidadde de trannsporte de sedimenntos. Correntes m basicamennte três princcipais tipos de correntes, conformee descrito a sseguir: Existem Correntees longitudiinais Quandoo o fenômenno de arrebbentação dee ondas nãoo atinge peerpendicularrmente o liitoral, são produziddas correntees longitudinais que se desenvolveem paralelam mente às linnhas de costaa. Embora a velociidade dessass correntes nnão seja alta (geralmennte inferior a 0,5 m/s), estas são im mportantes para o ttransporte liitorâneo do conjunto dde sedimentoos mobilizados pela arrrebentação devido ao seu proolongado peeríodo de atuação. a A velocidade da correntte longitudinal, medidda a meia distância entre a arrrebentação e a praia, poode ser deterrminada pella seguinte equação: e
Vl 41, 4 gH b seen b cos b Correntees de concentração Correntees de conccentração (ttambém chaamadas de correntes dde retorno ou rip currrents) são caracterrizadas por ffluxos estreiitos, posicioonados norm mal ou obliqquamente em m relação à costa, que atravesssam a zona de d surfe em m direção ao mar (em treechos de onndas menorees que geralm mente não 13
quebram). São alimentadas pelas correntes longitudinais e tendem a extinguir-se logo após a zona de surfe em direção ao mar, formando células de circulação. Portanto, podem ser estimadas a partir do somatório das vazões de duas correntes longitudinais opostas. Dependendo da altura da arrebentação, atingem velocidades superiores a 1,5 m/s. Também são responsáveis pelo transporte de sedimentos para o largo.
Correntes de maré A variação da maré (ver próximo item) em regiões de embocaduras estuarinas e lagunares causa correntes que atingem seus máximos de velocidade, tanto de enchente quanto de vazante, durante as luas novas e cheias (marés de sizígia). Essas correntes são responsáveis por processos de circulação - movimento de redistribuição de água (forçantes: gravidade, marés, ventos, etc) e misturação (redistribuição de constituintes dissolvidos ou em suspensão na água por difusão turbulenta) em estuários. Obs.: Existem também as grandes correntes oceânicas (conforme mencionado acima), mas estas raramente afetam o transporte de sedimentos na zona costeira. O valor da velocidade da corrente a ser adotado em projeto de estruturas costeiras e portuárias é aquele obtido em medições no local de implantação da obra.
Marés As marés são variações verticais periódicas do nível do mar resultante da atração gravitacional exercida pela Lua sobre a Terra e, em menor escala, da atração gravitacional exercida pelo Sol sobre a Terra (balanceadas pela força centrífuga dos sistemas terra-lua e terra-sol). As marés na costa brasileira têm amplitude de até cerca de 8 m. No Ceará, a amplitude é de até aproximadamente 3 m.
Fg G
M1 M 2 R2
mv 2 Fc r Enquanto a Terra gira no seu movimento diário, as massas de água continuam sempre apontando aproximadamente na direção da Lua. Em um certo momento, um determinado ponto da Terra estará exatamente embaixo da Lua e terá maré alta. Aproximadamente seis horas mais tarde, a rotação da Terra terá levado esse ponto a da Lua, e ele terá maré baixa. Dali a mais cerca de seis horas, o mesmo ponto estará acima da Lua, e terá maré alta novamente. Portanto as marés acontecem duas vezes a cada 24h 48m, que é a duração do dia lunar. Neste caso, a maré constitui uma onda com grande comprimento de onda, razão porque, por vezes, se utiliza a designação de onda de maré. Pode ser estudada através da aplicação das teorias de onda (preamar: crista da onda longa de maré, baixa-mar: cavado da onda longa de maré – estofa: curto período em que a 14
maré enchente atinge o nível mais elevado e passa para o estado de maré vazante, e em que o sentido da maré se inverte. Neste período não ocorre qualquer alteração do nível da superfície da água, e a intensidade da corrente da maré atinge o valor zero). As marés de sizígia são as que ocorrem nas luas nova e cheia, quando os efeitos lunares e solares reforçam uns aos outros, produzindo as maiores marés altas e as menores marés baixas. Existem também as marés de quadratura de quarto crescente e quarto minguante. As condições meteorológicas podem alterar consideravelmente a amplitude e o horário de uma determinada maré. Neste caso, as marés podem ser chamadas de marés meteorológicas, as quais são classificadas a seguir: Maré de onda Sobreelevação do nível do mar devida ao transporte de massa das ondas de temporal, que provocam excesso de água junto à costa. Maré de tempestade Sobreelevação do nível do mar devido à pressão atmosférica baixa (ou o oposto) e à ação do vento sobre a superfície marinha. Maré eólica Sobreelevação do nível do mar causada pelo empilhamento de água junto à costa devido à força tangencial do vento sobre a superfície marinha. Para estruturas costeiras o valor da altura da maré a ser adotado é aquele obtido em medições no local de implantação da obra. Para estruturas de acostagem e de proteção portuária, deve-se considerar as estatísticas com relação ao tempo de recorrência desta altura e a vida útil da obra.
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d ondas, das d marés, ddos ventos, dos influxoos fluviais, Dependdendo da varriabilidade do regime de das caraacterísticas dos sedimeentos (e de atividades antrópicas como aterrramentos, dragagens, d enrocam mentos, consstruções porrtuárias, aléém de outraas), as praiass, as emboccaduras e oss estuários podem vvariar amplaamente de cconfiguraçãoo morfodinââmica. A seguiir são apreseentados os ddiferentes reegimes de praia, p embocaduras e estuários, noo tocante à sua morrfodinâmicaa. Regimees de Praia Define-se como praaia a zona qque se estendde entre o liimite mais bbaixo da maaré e o limitte superior no qual são sentidoos os efeitoss dinâmicoss do movim mento das onndas, que siitua-se em ggeral mais para a costa c do quee o nível dee maré alta (onde as m maiores ondaas em dias dde tempestaade podem chegar).. O perfill de praia vaaria com o bbalanço de sedimentos s (areia, casccalho, silte, etc), que deependendo das conndições hidroodinâmicas, pode sofreer engordam mento (em pperíodo de bom b tempo) e erosão (em perríodo de maau tempo oou tempestaade). Portannto, o equilííbrio das prraias é dinââmico. No entanto,, quando esttruturas cossteiras e porrtuárias são construídass na praia, eestas podem m bloquear significaativamente o transporrte longituddinal de seddimentos, provocando p sérias depposições a barlamaar e erosões a sotamar. As praias podem sser classificcadas em fuunção das ccaracterísticcas das onddas e dos seedimentos através do seguinte parâmetro:
Hb T wT
onde Hb e T são a altura de aarrebentaçãoo da onda e o seu períoodo (definiddo como o tempo de passagem de duas ccristas por uum ponto fiixo), e w é a velocidadde de queda dos sedimeentos (que dependoo do seu diââmetro). Loogo, para < 1,5 o reggime é refleetivo (alta ddeclividade e zona de arrebenttação quasee inexistentee), para 1,5< < < 5,5 o regime é inntermediáriio contendo tanto um domínioo dissipativvo como um u domíniio refletivoo (declividdade interm mediária e zona de arrebenttação moderada) e paraa > 5,5 o regime é dissipativo (baixa decllividade e larga zona de arrebbentação). O regime iintermediárrio pode ainnda apresenntar diferenntes sub-reggimes em função ddo comprim mento ou perríodo de atuuação de cadda domínio (dissipativoo e refletivo)): banco e calha loongitudinal, banco e praaia de cúspiddes, bancos transversaiss, e terraço de baixa-maar. Praias D Dissipativas – (ondas essbeltas) são aquelas em m que a profu fundidade auumenta suavvemente à medida em que vaii se distanciando da zoona de espraaiamento, issto é, com ppouca inclinnação (ou declividdade). A zonna de arrebeentação norm malmente é larga, prom movendo a dissipação dde grande parte daa energia daas ondas, reesultando em m pouca ou nenhuma rreflexão parra o mar. É comum a existênccia de mais de uma arrrebentação,, havendo, nneste caso, a presençaa de valas entre e elas, onde se formam as correntes laaterais. Nestte tipo de prraia, a arrebbentação dass ondas é em m geral do 16
tipo progressiva, podendo ocorrer também o tipo mergulhante. Nestas praias os grãos de areia costumam ser finos. As mudanças morfológicas estão principalmente associadas à presença de correntes de retorno. Praias Intermediárias - são aquelas que possuem inclinação média, ocorrendo sua arrebentação a uma distância próxima da praia, o que promove a dissipação de parte da energia das ondas e certa reflexão para o mar. O relevo do fundo é caracterizado por bancos de areia irregulares, onde quebram as ondas, sendo cortados por canais onde se desenvolvem as correntes de retorno, muito freqüentes neste tipo de praia. Os bancos de areia são mais visíveis nas marés baixas. As ondas tendem a crescer nas marés vazantes. O tipo de arrebentação de ondas nestas praias costuma ser mergulhante ou colapsante, podendo também ser progressiva. Nestas praias os grãos de areia costumam ser médios ou misturados. São geralmente mais susceptíveis à erosão porque as ondas têm menor espaço para dissipar sua energia. Praias Refletivas – (ondas baixas) são aquelas que possuem relevo do fundo com grande inclinação, aumentando a profundidade abruptamente logo após a zona de espraiamento. A arrebentação é quase ausente – arrebentação colapsante (declividade de praia intermediária a íngreme) e onda empolado correndo rampa acima (declividade de praia íngreme), podendo eventualmente aumentar o tamanho das ondas, mas a arrebentação da onda ocorre sempre na zona de espraiamento. Portanto, grande parte da energia das ondas é refletida de volta para o mar. A areia é composta de grãos mais grossos. Possui, logo após a face da praia, um degrau bem acentuado, chamado de berma. Isto ocorre devido à alta velocidade de espraiamento da onda. Possuem correntes de retorno fracas, então as mudanças da morfologia são, em grande parte, resultantes do ajustamento da totalidade do perfil da praia às condições hidrodinâmicas. Dependendo de agentes naturais e artificiais, diferentes formações costeiras podem ainda se formar junto às praias tais como restingas, barreiras, tômbolos e baías. Restingas ou lidos: consistem numa língua arenosa que se projeta no mar a partir de uma saliência costeira associada a um intenso transporte de sedimentos litorâneo longitudinal, seguido de uma redução da velocidade da corrente e de deposição. Barreiras: ao contrário das restingas, as barreiras (ou ilhas barreiras) são formadas por material que se movimenta perpendicularmente à costa. Tômbolos: deposição de sedimentos na zona de sombra de obstáculos (rochas, navios, etc). Baías ou enseadas: área limitada devido à existência de uma saliência.
Embocaduras As regiões de embocadura constituem áreas de transição entre rios ou lagoas e o mar. Estas regiões têm grande importância sócio-econômica e ambiental, razão pela qual seus processos de migração ou fechamento por processos sedimentológicos (advindos de aporte fluvial, deriva litorânea, etc) dentro outros impactos ambientais devem ser estudados.
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As embocaduras podem ser classificadas em três categorias básicas: delta, estuário e laguna. Nesta ordem, as embocaduras crescem com relação ao domínio dos processos marítimos litorâneos e de marés sobre os processos fluviais de aporte sólido, e consequentemente a granulometria sedimentar se engrossa. Os ambientes estuarinos são os mais comuns no Estado do Ceará. É nessas regiões onde estão presentes os característicos ecossistemas de manguezais. Embocaduras em delta Normalmente os rios formadores de deltas possuem uma vasta bacia hidrográfica, que supre grandes vazões líquidas e sólidas. Este tipo de embocadura se ramifica na forma de um leque em diversos canais denominados distributários, sendo que quando um canal se obstrui de sedimentos, o escoamento extravasa para formar novos canais. Nos deltas, a ação da maré e das ondas é moderada ou pequena comparada ao aporte de sedimentos fluvial, podendo tornar uma formação estuarina pré-existente completamente assoreada pela incapacidade de dispersão dos aportes sedimentares. Existe ainda a parte submarina do delta onde ocorre o depósito de areia e posteriormente (na parte mais profunda) existe o prodelta, onde ocorre o transporte e a deposição do material mais fino (silte e argila). Embocaduras em estuário As embocaduras em estuário caracterizam-se por alargamentos das seções transversais dos rios que resultam em redução da velocidade e capacidade de transporte de sedimentos, formando assim bancos cobertos ou descobertos (baixios, barras e ilhas). Neste tipo de embocadura, a variação da maré é relativamente grande é há propagação de onda de maré estuário acima, influenciando no traçado dos canais. As correntes de maré (astronômica e meteorológica) exercem também a contribuição preponderante na geometria do fundo, devido ao transporte aluvionar que promovem. Correntes fluviais e correntes litorâneas (em maior intensidade) podem ter grande influência ao largo da embocadura, provocando sua migração ou mesmo seu fechamento. Neste tipo de embocadura, também é comum se observar alguns tipos de formações costeiras como flechas e barras. As flechas formam-se quando o aporte sólido continental chega às praias que possuam significativo transporte de sedimentos litorâneo longitudinal. Semelhantes às flechas, as barras formam-se quando o transporte litorâneo longitudinal é mais fraco com relação às correntes de maré da embocadura. Embocaduras em laguna Relativamente pequenas quando comparadas aos deltas, as embocaduras em laguna geralmente tem margens que são aproximadamente paralelas, sendo as correntes na embocadura originadas devido à diferença de carga hidráulica entre o mar e a laguna, mais do que a propagação da onda 18
de maré, sendo, portanto, basicamente refletora da ação das ondas longas. O transporte de sedimentos nas embocaduras em laguna pode ser estudado de forma similar aos rios, no entanto o efeito da variação cíclica no nível de água e na velocidade devido às marés induz variações nas conformações de fundo do leito e também deve ser levado em consideração. Formas costeiras como barras também podem ocorrer nas embocaduras lagunares.
Estuários Os estuários são ambientes de transição entre o continente e o oceano adjacente. Por esta razão, os estuários possuem tipicamente água salobra. Assim, os movimentos nos estuários são gerados por variações do nível do mar, pela descarga fluvial, pelo gradiente de pressão devido à influência da salinidade sobre a densidade, pela circulação da plataforma continental e pelo vento agindo diretamente sobre a superfície livre. Essas forçantes são funções do espaço e do tempo. Enquanto as salinidades em águas doces e marinhas são aproximadamente estáveis, as águas estuarinas caracterizam-se por salinidades muito variáveis. O padrão de distribuição de salinidades num estuário pode ser utilizado como base para a classificação de estuários. Em função do aporte fluvial e da intensidade da evaporação podem ser distinguidos três grandes tipos de estuários: estuários positivos (quando a evaporação à superfície do estuário é inferior ao volume de água doce que entra neste a partir dos rios), negativos (quando a evaporação à superfície excede a quantidade de água doce que entra no estuário) e neutros (quando a evaporação ocasionalmente se iguala ao fluxo de água doce que entra no estuário). Porém, a classificação mais comum dos estuários é feita com relação à suas condições de mistura, podendo distinguir-se quatro grandes tipos: Estuários altamente estratificados: Tipo de estuário que ocorre quando a corrente fluvial é substancial em relação ao fluxo de maré, determinando um fluxo contínuo de água doce à superfície, apesar do fluxo de água salgada das marés que se forma nas camadas inferiores. Neste caso, a água salgada tenderá a penetrar no estuário sob a forma de uma cunha, durante a enchente da maré, sendo na interface entre as duas massas de água que se dá a mistura de água doce e salgada. Fiordes: Trata-se de um tipo de estuário basicamente similar ao anterior exceto que, devido à existência de uma espécie de sifão na embocadura do estuário, correspondente a uma zona de menor profundidade, o fluxo da maré é mais restrito. Existe neste caso um fluxo de água doce superficial contínuo, mas a água do mar, proveniente das marés, pode por vezes ser renovada apenas sazonalmente. A não renovação da água salgada pode determinar a criação de condições anóxicas nas zonas mais profundas dos fiordes. Estuários parcialmente misturados: Tipo de estuário que ocorre quando o fluxo de maré é maior ou similar ao fluxo de água doce. Nesta situação, a mistura de massas de água é constante. As águas superficiais continuam, como é óbvio, a ser menos salinas do que as camadas inferiores, 19
em qualquer ponto do estuário. No entanto, água doce não misturada só pode ser encontrada mesmo no topo do estuário. Estuários homogêneos: Este tipo de estuários ocorre em situações similares à dos estuários parcialmente misturados. No entanto tratam-se normalmente de estuários de dimensões muito consideráveis, nos quais a influência da força de Coriolis induz a separação horizontal das massas de água doce e salgada. Neste caso, a mistura de massas de água faz-se mais em direção horizontal do que verticalmente, o que se traduz numa diluição mais eficaz, praticamente homogênea. Cabe salientar que, com a mesma vazão de água doce, um estuário pode ser estratificado nas marés de quadratura e bem misturado nas marés de sizígia. Com relação aos processos sedimentológicos, os estuários são caracterizados por transporte de sedimentos em geral mais finos que nos demais processos de transporte litorâneos. Os materiais sedimentares são transportados para os estuários a partir dos rios, do mar ou das terras que os circundam. As contribuições provenientes de cada uma destas origens são variáveis, dependendo da fisionomia da costa, do regime pluvial, da localização do estuário, da natureza dos solos circundantes, etc. Seja qual for a origem dos sedimentos, quando existem correntes fluviais rápidas e correntes de maré fortes, a erosão e o transporte de partículas de todas as dimensões ocorrem facilmente em ambas as extremidades de um estuário (topo e barra). As correntes tendem a perder velocidade no interior do estuário, verificando-se então a deposição de partículas mais grosseiras e de areias, enquanto partículas mais finas, como siltes e argilas, permanecem em suspensão. A velocidade das correntes abranda bastante nas zonas intermédia e superior do estuário, onde as águas do mar e do rio se encontram, permitindo a deposição de partículas finas e a formação de bancos de vasa.
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4. Perfis de Praia
As praias são depósitos de sedimentos, mais comumente arenosos, que por apresentarem mobilidade, se ajustam às condições de ondas, marés e correntes. Por este motivo, representam um importante elemento de proteção ao litoral. O perfil transversal de uma praia varia com as condições meteorológicas e em função da existência de obras costeiras, que podem acarretar em processos erosionais ou deposicionais. Portanto, o seu estudo é de suma importância para a conservação de praias tanto sob condições naturais como sob o efeito de atividades antrópicas. Os perfis de praia podem ser categorizados como praia submersa ou antepraia, compreendendo a zona de arrebentação e a zona de surfe, e praia emersa, compreendendo a zona de espraiamento e o pós-praia. A seguir, são discutidas essas principais zonas características e suas implicações nos perfis de praia em geral: Zona de arrebentação Ao aproximar-se de águas progressivamente mais rasas, as ondas incidentes tendem a diminuir sua velocidade e ganhar altura, até que a velocidade na crista da onda exceda a velocidade de grupo da mesma, ponto no qual arrebentará. A zona de arrebentação é aquela porção do perfil praial caracterizada pela ocorrência deste processo, que representa o modo de dissipação energética da onda sobre a praia. O número de linhas de arrebentação é inversamente proporcional à declividade da praia, podendo este fenômeno ser inclusive suprimido no caso de praias bastante íngremes. Zona de surfe Em praias de baixa declividade, as ondas que inicialmente arrebentaram reformam-se como vagalhões, deslocando-se ao longo da zona de surfe em decaimento exponencial de altura, até atingir a linha de praia. Durante este percurso, grande parte da energia é transferida para a geração de correntes transversais e longitudinais à praia, transportando não apenas massa fluida como sedimentos por arrastamento de fundo e em suspensão devido à turbulência. A menos que a arrebentação seja pontual ou muito estreita em uma praia, é impossível dissociá-la da zona de surfe. Zona de espraiamento A zona de espraiamento (também chamada de estirâncio) é a faixa compreendida entre os batentes extremos da baixa-mar e da preamar, que pode ser identificada pela região da praia delimitada entre a mínima e a máxima excursão das ondas sobre a face praial. Nesta zona, também ocorre o transporte de sedimentos por arrastamento e em suspensão. Os processos do espraiamento, principalmente sua máxima excursão vertical ou galgamento (run-up), têm importância fundamental para o meio ambiente marinho por representarem as condições de contorno entre o mar e costa. Logo, nesta zona, parte da água percola através da areia, renovando, dessa forma, a água intersticial e trazendo nutrientes para a fauna bentônica através 21
do refluxo na face praial. Além disso, esta zona define os níveis máximos de atuação dos agentes hidrodinâmicos sobre a praia, que são de grande importância para o gerenciamento costeiro e o projeto de obras de engenharia. Pós-Praia Zona da praia que se estende do limite superior da zona de espraiamento até ao início dos campos de dunas ou de qualquer outra unidade fisiográfica. Só é afetada pela atuação das ondas durante temporais excepcionais. Com freqüência é caracterizada pela existência de bermas de praia. Por vezes este termo é aplicado como sinônimo de alta praia. As bermas são zonas do póspraia quase horizontais, constituídas pela deposição de sedimentos pelas ondas (e em menor escala, pelo vento). Correspondem a acidentes fisiográficos não permanentes, sendo normalmente destruídos/construídos durante ou após temporais. Algumas praias não têm bermas, enquanto que outras apresentam duas ou mais bermas. Os perfis típicos possuem em geral uma berma de tempestade (inverno) e uma berma de bom tempo (verão).
Perfis de Praia Conforme visto anteriormente, as praias (submersas e emersas) englobam desde a zona de arrebentação até o pós-praia. As dimensões e a granulometria da areia de praia dependem essencialmente da agitação ondulatória (e da atividade eólica) em cada uma das zonas características. De fato, acha-se areia grossa ou mesmo pedregulhos nas partes menos abrigadas da agitação; por outro lado areia fina e mesmo vasa são encontradas nas partes mais abrigadas onde podem tranquilamente decantar. A estrutura da arrebentação é de fundamental importância na definição granulométrica, pois é junto dela que ocorre o nível máximo de turbulência e os grãos mais grosseiros. A área seguinte de material mais grosseiro corresponde às bermas, provavelmente devido ao efeito de carreamento seletivo da areia fina proporcionado pelo vento. Por outro lado, de um e outro lado da linha de arrebentação os sedimentos são mais finos, sendo que o grau de finura aumenta para o largo da arrebentação. A declividade da praia é mais suave à medida que a onda é mais forte e a areia mais fina. Logo, praias dissipativas possuem sedimentos mais finos que praias refletivas. As declividades mais usuais das praias são da ordem de 1 a 5% na zona de espraiamento, de acordo com os locais e as estações, tendo valores extremos de 0,2 a 20%. As praias engordam nos seus trechos mais altos em detrimento dos mais baixos nos períodos de fraca agitação (tempo bom), em que a areia é movimentada em direção à costa, enquanto o inverso (erosão) ocorre nos períodos de forte agitação (tempestade). Portanto, o equilíbrio das praias é dinâmico. Por outro lado, o transporte longitudinal de sedimentos somente é percebido quando se implanta uma obra costeira capaz de bloquear significativamente tal movimento, causando assoreamento a barlamar e erosão a sotamar. Um perfil de praia pode recuar por dezenas de metros em direção à costa durante uma única tempestade intensa. É comum formar-se um perfil de tempestade somente com uma berma, ou mesmo sem ela e com as ondas atacando diretamente os rochedos e as dunas. Se a quantidade de areia removida para o largo atingir áreas suficientemente distantes, que não permita retorno ao 22
estirâncio por meio das ondas de tempo bom ou não seja suficiente a acumulação de areia resultante do transporte litorâneo, pode resultar em um recuo permanente na linha da costa (NE / CE). Estas variações de curto período, sazonais e de longo período do perfil transversal da praia devem ser documentadas antes que se proceda a um projeto de obra costeira. O limite inferior da praia é geralmente definido pela profundidade crítica a partir da qual o perfil praial não sofre modificações significativas numa escala plurianual. Até a profundidade crítica, o perfil da praia sofre modificações sazonais ou devido a temporais, verificando-se grandes transferências sedimentares transversais, isto é, entre a praia emersa e a praia submersa. Nas profundidades superiores à profundidade crítica as transferências sedimentares são inexistentes ou muito pequenas. Há várias expressões que permitem determinar a profundidade crítica (hc), sendo aquela proposta por Hallermeier uma das mais freqüentemente utilizadas:
h c 2.28H s 6,85 H s2 gT 2
em que Hs é a altura da onda significativa local que é excedida 12 horas por ano e T o período associado.
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5. Processos de Transporte Litorâneos A dinâmica do transporte de sedimentos é um importante tema relacionado a diversas áreas da engenharia e ciências da terra. Sob o ponto de vista da engenharia costeira e portuária, este tema é de grande relevância no que diz respeito à busca de soluções para problemas práticos como a erosão e o assoreamento de praia e a deposição de sedimentos em bacias portuárias. Os processos litorâneos ligados à morfologia costeira resultam da combinação de agentes naturais como o vento, as ondas e as correntes e as marés. Muito freqüentemente a costa é formada por material arenoso que responde muito rapidamente a estas ações por meio do fenômeno de transporte de sedimentos. Cabe salientar que o transporte de sedimentos entre a praia e as dunas pelo vento (transporte eólico), usualmente mais lento que o transporte pelas ondas e correntes, também pode ser expressivo em algumas situações, mas não será abordado nesta discussão. A previsão do movimento dos sedimentos marinhos constitui-se em uma tarefa bastante difícil, uma vez que os movimentos oscilatórios da água sob as ondas e as várias correntes envolvidas na zona de arrebentação são muito complexos. Além disso, mesmo para o caso mais simples de transporte de sedimentos em rios, onde normalmente existe um fluxo preferencial, ainda não existe teoria universal que possa ser utilizada com boa precisão. A seguir é apresentada uma descrição geral dos processos de transporte litorâneos costeiros: O início do processo de transporte de sedimentos ocorre quando a tensão de cisalhamento nas partículas sólidas supera uma tensão crítica, que pode ser obtida através do diagrama de Shields em função do número de Reynolds da partícula. O transporte de sedimentos ocorre principalmente de dois modos: por arrastamento (tração ou arrasto) de fundo dos grãos sobre o leito devido à ação do escoamento, e em suspensão pelas correntes após os grãos terem sido levantados do leito pela turbulência (existe também um regime intermediário em que os grãos são transportados por saltação – processo bastante complexo mais comum no transporte de sedimentos eólico). Os limites para esses tipos de transporte de sedimentos são geralmente dados em função da relação entre a velocidade de queda da partícula (w) e a velocidade de cisalhamento (u*), sendo esta relação máxima para o regime de transporte por arrastamento e mínima para o regime de transporte em suspensão. Para representação do transporte de sedimentos em suspensão normalmente usa-se a equação de difusão turbulenta, enquanto que para o transporte de sedimentos de fundo são usadas normalmente equações empíricas ou semiempíricas. Ambos os modos estão usualmente presentes ao mesmo tempo, sendo mais fácil identificar duas zonas de transporte, com base no tipo de movimento fluido que inicia o movimento sedimentar: ao largo o transporte é iniciado pela ação das ondas sobre rugas e na zona de arrebentação onde o transporte é iniciado principalmente pela turbulência causada e pelas correntes geradas. A declividade das ondas influencia as proporções em que estes dois tipos de caminhamento contribuem para o transporte total. De urna maneira geral, as ondas de maior declividade colocam maior quantidade de material em suspensão, enquanto que as ondas de pequena declividade provocam um caminhamento predominantemente por arrastamento. 24
Os movimentos sedimentares que se processam antes da onda arrebentar são de vaivém bem definidos, embora sempre com uma resultante de pequena intensidade num dos sentidos. Por outro lado, os movimentos sedimentares ocorridos durante e após a arrebentação são extraordinariamente complexos e suas características são estudadas macroscopicamente. As quantidades de areia postas em movimento nesta zona são normalmente muito grandes e daí a sua importância para o engenheiro costeiro, ainda mais que é nesta zona onde normalmente são construídas suas obras. Os diferentes mecanismos de transporte sólido ao largo e na região de arrebentação são descritos a seguir: Ao largo À medida que uma onda de oscilação move-se em águas rasas atinge-se uma profundidade na qual os movimentos das partículas fluidas são introduzidos junto ao fundo. Para a costa deste ponto as velocidades fluidas e seus gradientes de pressão oscilantes tornam-se mais intensos. Do mesmo modo, as forças hidrodinâmicas instantâneas máximas exercidas nas partículas individuais de sedimentos aumentam para a costa deste ponto. Neste ponto, ou mais para a costa, estas forças tornam-se grandes o suficiente para causar um movimento oscilatório ou quaseoscilatório das partículas do leito. Este movimento oscilatório não tem órbitas fechadas, pois depende do balanço entra a componente de peso da partícula no sentido descendente do talude da praia e da componente resultante da força hidrodinâmica no sentido ascendente. A direção do movimento da partícula vai depender desse balanço. Freqüentemente observa-se para as velocidades um pouco maiores do que as que iniciam o movimento oscilatório das partículas do leito que se formam rugas. Aparentemente são devidas ao deslocamento do escoamento oscilatório em torno de irregularidades da superfície do leito. Uma vez iniciada sua formação, o fator principal ligado ao seu comprimento de onda é a dimensão das órbitas das partículas de água junto ao fundo. Estas conformações de fundo produzem transporte e graduação de areia. Quando a crista da onda move-se sobre uma ruga, os movimentos fluidos para a costa induzem a areia do dorso da ruga a mover-se em direção à costa também e para o cavado entre rugas; forma-se um turbilhão na zona de descolamento que carrega areia muito fina, que se eleva pelo gradiente de pressão; ao ocorrer a passagem do cavado da onda o escoamento reverso do fluido dispersa o material em suspensão em direção ao largo. O efeito cumulativo deste processo cíclico parece ser a gradual propagação da forma da ruga na direção da costa, com as partículas mais leves sendo continuamente movimentadas para o largo. À medida que a velocidade do fluido aumenta ocorre o crescimento da altura e velocidade de propagação das rugas. Entretanto, atinge-se uma velocidade crítica além da qual ocorre um decréscimo até o desaparecimento das conformações para velocidades suficientemente altas.
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Região de arrebentação Nesta região, há dois tipos fundamentais de movimentos sedimentares, muito diferentes nas suas características e conseqüências. O primeiro corresponde aos movimentos chamados transversais, isto é, movimentos que se processam numa direção sensivelmente perpendicular às isóbatas. Trata-se de movimento ao longo do perfil de praia, ora no sentido mar-costa, ora no sentido inverso, mediante as quais o perfil procura adaptar-se às condições do clima de ondas. Efetivamente as ondas de tempestade ou de inverno provocam erosões nas praias, enquanto as ondas de bom tempo ou de verão provocam progressivo engordamento das mesmas. Embora as quantidades de areia movimentadas possam ser surpreendentemente grandes (a erosão é em geral rápida enquanto o enchimento processa-se em ritmo muito mais lento), a resultante anual é praticamente nula e a praia oscila, por assim dizer, entre duas situações extremas (de inverno e de verão). A caracterização entre os regimes de erosão e engordamento das praias é geralmente feita em função da esbeltez das ondas. A seguinte fórmula empírica constitui-se em uma maneira de se estimar a esbeltez crítica a partir da qual ocorre o regime de erosão: H 1, 7 w crítico L gT
Em que: H, L e T correspondem respectivamente à altura, ao comprimento e ao período da onda. O segundo tipo de movimentos é o mais importante e consiste no caminhamento longitudinal dos sedimentos paralelamente à costa e devido fundamentalmente à arrebentação obliqua das ondas. Correntemente é designado por transporte de sedimentos litorâneo longitudinal, sendo a corrente longitudinal gerada na arrebentação o principal agente transportador. A forte turbulência criada pela arrebentação das ondas põe em suspensão grandes quantidades de areia de fundo, que são facilmente transportadas pela corrente longitudinal juntamente com o material de leito, mesmo que de pequena intensidade. Assim a onda prepara o material para ser transportado e a corrente longitudinal o transporta ao longo da costa. O equilíbrio das praias onde se processam movimentos longitudinais é essencialmente dinâmico e por isso o movimento não se torna aparente enquanto um obstáculo (ex.: molhe ou espigão) não for interposto e provocar a deposição do material transportado. Quando se analisa o transporte de sedimentos longitudinal convém considerar duas zonas distintas: a primeira entre a linha de arrebentação e a costa e a segunda na região de espraiamento. Na primeira zona se manifesta a corrente longitudinal. Nesta zona o material sólido é transportado pela corrente, quer em suspensão, quer por arrastamento de fundo, como nos cursos de água. No entanto, como o nível de turbulência é alto, predomina o movimento de sedimentos em suspensão. Os fundos cavados entre as barras formam canais naturais para as correntes litorâneas paralelas à praia. Assim, o transporte litorâneo depende, por um lado, das características dos sedimentos e, por outro lado, das características da praia e da onda. 26
Na segunda zona as partículas sólidas têm um movimento aproximadamente em zig-zag, resultante de uma subida oblíqua na direção de propagação da onda e de uma descida que se efetua praticamente segundo a linha de maior declive da praia. O espraiamento é mais acentuado quanto maior for a inclinação da praia e menor a esbeltez das ondas. O transporte de sedimentos pode ser por arrastamento de fundo ou em suspensão. Quando a arrebentação é progressiva predomina o transporte por arrastamento de fundo, enquanto na mergulhante o espraiamento pode estar mais carregado de material em suspensão. Em seguida, o refluxo de água do espraiamento juntamente com a corrente longitudinal alimentam as correntes de retorno rumo ao largo. Durante o espraiamento, ocorre ainda o seguinte processo: parte da água percola através da areia, renovando, dessa forma, a água intersticial e trazendo nutrientes para a fauna bentônica através do refluxo na face praial. Neste contexto, quanto maior for o período do espraiamento com relação ao período da onda, menor será o refluxo da água, devendo o escoamento ocorrer por percolação e fluxo lateral. Pode-se assim resumir as principais etapas do transporte de sedimentos em praias: O transporte em suspensão rumo à costa ocorre como transporte de massa, o transporte paralelo à costa ocorre devido à corrente longitudinal e, finalmente, o transporte rumo ao largo ocorre devido a correntes de retorno. Estimativa do transporte longitudinal Em geral, o transporte longitudinal à praia é o mais importante. Estudos indicam que cerca de 90% da areia transportada ocorre entre costa e a linha de arrebentação da praia. Portanto, a previsão desse transporte é de suma importância em engenharia costeira e portuária (Qg = Qe + Qd, previsão de assoreamento de embocaduras; Qs = Qe – Qd, permite prever erosões de praias numa costa aberta; Qe e Qd são usados em projetos de espigões e outras estruturas costeiras e portuárias). As vazões sólidas do transporte de sedimentos litorâneo longitudinal são usualmente expressas em volumes anuais aparentes transportados, mas deve-se lembrar que instantaneamente podem ser extremamente variáveis, excedendo de várias vezes a média anual resultante durante uma tempestade e caindo a zero nos períodos de calmaria e ondas mais fracas. Essas vazões também podem ser muito variáveis de ano para ano devido a variações no clima de ondas, variações periódicas nos aportes fluviais nas embocaduras, modificações nas estruturas costeiras e portuárias, etc. Atualmente, existem quatro métodos para prever esta vazão: 1) Adotar a vazão de referência de um local próximo 2) Usar dados (batimetria, fotografia aérea, registro de dragagens, estimativa do material depositado junto a estruturas costeiras, etc). 3) Realização de campanha sedimentométrica por pelo menos um ciclo climático completo (1 ano).
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4) Utilização de fórmulas empíricas, obtidas através de ajustes a dados de laboratório e/ou de campo como as de Caldwell, Castanho, Kamphuis e Schoonees. A fórmula de Schoonees, a mais recente, é dada a seguir:
0,25 Qs 9,9 104 H b2 Tb1,5 0,75 D50 sen 0,6 (2 b ) (m3/ano)
onde as variáveis correspondem a altura e o período da onda na zona de arrebentação, declividade da praia, diâmetro do sedimento com 50% em peso de diâmetro menor, ângulo formado pelas cristas das ondas com a isóbata.
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6. Processos Erosivos e de Assoreamento de Costa
Os processos erosivos e de assoreamento conferem à linha da costa uma feição bastante dinâmica. Sua posição no espaço muda constantemente em várias escalas temporais (entre dias e milênios). A posição da linha de costa é afetada por um número muito grande de fatores, alguns de origem natural e intrinsecamente relacionados à dinâmica costeira, outros relacionados a intervenções humanas. Como resultado da interação entre estes vários fatores, a linha de costa pode recuar em direção ao continente (erosão), avançar mar adentro (assoreamento) ou permanecer em equilíbrio. Estima-se que cerca de 70% das linhas de costa do mundo estejam experimentando erosão. Estudos mostram que algumas regiões do Brasil, a exemplo da região nordeste, têm exibido uma tendência de longo prazo para recuo da linha de costa (erosão), atuando em escalas de tempo de alguns milhares a dezenas de milhares de anos, enquanto em outras regiões a tendência geral tem sido de acumulação de sedimentos e de avanço da linha de costa mar adentro. Superimpostos a estas tendências de longo prazo, existem fenômenos que atuam em escalas de tempo de décadas a séculos tais como (i) dinâmica de embocaduras fluviais e canais de maré, (ii) captura de areia em pontais arenosos, (iii) atividade eólica etc. Fenômenos de mais alta freqüência atuando em escalas de tempo de alguns dias a sazonal, tais como o avanço de frentes frias e as marés meteorológicas associadas, por sua vez ocorrem superimpostos às tendências de médio prazo listadas acima. Todos estes fenômenos além de atividades antrópicas como construção de portos e outras estruturas controlam a posição da linha de costa e sua compreensão é portanto fundamental para se entender o seu comportamento. Um exemplo prático da superposição desses fenômenos naturais e artificiais vem ocorrendo no Estado do Ceará, por exemplo, que possui uma costa de aproximadamente 570 km dominada por extensivos processos erosivos. A seguir é apresentada uma discussão sobre os principais fatores naturais e artificiais que influenciam nos processos erosivos e de assoreamento de costa: Processos naturais de erosão Embocaduras: Portos, baías e estuários formam embocaduras em que os escoamentos reversíveis gerados pelas marés podem aprisionar grandes volumes de sedimentos transportados ao longo da costa. A maré enchente traz sedimentos para a embocadura onde se depositam na estofa. A maré vazante produz correntes que podem carregar a areia suficientemente para o largo de modo a ser efetivamente removida da zona litorânea. Galgamento de cordões litorâneos: A areia pode ser removida da praia e área de dunas durante as tempestades.
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Acúmulo no pós-praia e dunas: A areia pode ser temporariamente levada da área de transporte litorâneo para esta área. Dependendo da freqüência das tempestades mais severas esta areia pode permanecer acumulada de meses a anos. O acúmulo pode acorrer em horas ou dias pela ação de ondas após as tempestades. Os depósitos nas dunas requerem mais tempo para se formar, meses ou anos, porque o transporte pelo vento usualmente move o material mais lentamente do que o transporte pelas ondas. Se os cálculos do balanço sedimentar forem feitos logo após uma severa tempestade deve-se considerar uma compensação quanto a esta areia acumulada, levando em conta a ação natural das ondas. Transporte de sedimentos para o largo: Este transporte é favorecido pelas ondas de tempestade que podem depositar a areia de praia suficientemente ao largo fazendo com que a mesma não retorne com as ondulações de pequena esbeltez subseqüentes. Vales submarinos: Neles uma porção do transporte de sedimentos litorâneo é depositada e subseqüentemente transportada para as grandes profundidades. Deflação: Trata-se do transporte de areias pelo vento e que mais freqüentemente produz transporte da praia para os campos de dunas. Formação de restingas, tômbolos e outras formações costeiras. Perdas por abrasão ou dissolução de carbonatos.
Processos naturais de assoreamento Rios: A maior parte da carga sedimentar fluvial é mais fina do que as dimensões da areia fina e permanece em suspensão até ser depositada ao largo. Em embocaduras costeiras, como os estuários ou deltas fluviais, a maior parte da fração areia da carga sedimentar é depositada antes de atingir a zona litorânea. Erosão de costas e rochedos: Freqüentemente a principal fonte de areia é a erosão de uma praia ou rochedo a barlamar. As praias fornecem areia quando a onda e a corrente litorânea apresentam capacidade de transporte que excede o suprimento de areia de fontes a barlamar deste ponto. Este tipo de erosão pode ser essencialmente contínuo, mas usualmente ocorre com taxas elevadas durante as tempestades quando a erosão dos rochedos é mais comum. Transporte de ilhas ou bancos ao largo e posteriormente à zona costeira (ondulações de maior esbeltez). Produção de carbonato. Sedimentos trazidos pelo vento. 30
Processos cíclicos erosivos e de assoreamento Alguns processos podem retirar ao mesmo tempo em que adicionam material, resultando inalterado o volume do material de praia no volume de controle. Dentre estes, o mais importante exemplo é o transporte de sedimentos longitudinal litorâneo (processo convectivo). Assim, é possível ter-se um transporte global numa costa retilínea exposta a grandes taxas de transporte sem ser notada se não houver obras implantadas. O mesmo acontece quase se trata do transporte transversal numa escala de tempo maior onde, dependendo das condições hidrodinâmicas, as praias podem sofrer engordamento (em período de bom tempo) ou erosão (em período de mau tempo ou tempestade), mantendo-se em equilíbrio dinâmico. Outros processos similares ocorrem devido a correntes de maré e vento. Processos artificiais As seguintes intervenções humanas podem afetar o equilíbrio dinâmico das praias onde se processam os movimentos cíclicos erosivos e de assoreamento de costa: Construção de espigões e outras obras costeiras e portuárias podem bloquear significativamente o transporte litorâneo e provocar assoreamento à barlamar das mesmas e erosão à dezenas de quilômetros a sotamar. Isso aconteceu, por exemplo, com a construção do Porto do Mucuripe em Fortaleza. Esta experiência serviu de lição para a elaboração do projeto do Porto do Pecém, que foi construído afastado da praia (do tipo off-shore) de modo a minimizar os danos sobre a linha do litoral. Barragens e programas de controle de erosão podem reduzir significativamente o aporte natural de sedimentos na zona litorânea, promovendo um desequilíbrio no balanço de sedimentos e causando erosão costeira. No caso de desmatamentos nas bacias hidrográficas contribuintes, ocorre o processo inverso, isto é, assoreamento de zona litorânea. Alimentação artificial de praia: em muitos casos, a forma mais econômica maneira de defender uma praia sujeita à erosão é engordando artificialmente a praia, usando areia de alguma área de empréstimo, como depósitos ao largo, baías, campos de dunas, etc. A areia é usualmente colocada no estirâncio periodicamente (por exemplo, a cada um ou dois anos). Atividades de extração, mineração e dragagem também podem influenciar significativamente no balanço sedimentar em zonas costeiras. O avanço imobiliário à região costeira pode comprometer significativamente o transporte eólico de sedimentos entre praias e dunas. A estabilização de dunas através do uso de vegetação promove a redução do assoreamento de costa devido ao transporte eólico. 31
Mudanças climáticas (atribuídas em grande parte às atividades antrópicas) causa derretimento das calotas polares e elevação do nível do mar, provocando processos erosivos nas zonas costeiras.
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7. Modelos Matemáticos Aplicados à Engenharia Costeira e Portuária
Esses modelos têm a finalidade de traduzir para a linguagem matemática os fenômenos de interesse. Existem diversos modelos matemáticos para previsão da evolução das ondas desde a zona de geração até a zona de pequenas profundidades junto à costa, onde estas sofrem alterações como refração, arrebentação, reflexão, difração, etc. Por outro lado, a modelagem matemática do transporte de sedimentos pelas ondas de oscilação e correntes geradas, é feita fundamentalmente considerando as componentes transversais e longitudinais. A modelagem matemática do transporte de poluentes nas zonas costeiras e da dinâmica de qualidade da água e ecossistemas marinhos também vem recebendo grande atenção recentemente em função da crescente ocupação das regiões litorâneas e estuarinas. No entanto, para se ter confiança nos resultados obtidos através dessas modelagens, é necessária sua validação com resultados de estudos de campo ou de laboratório, ou ainda através de comparação com outras soluções empíricas ou matemáticas (analíticas ou numéricas) do problema em questão. A seguir, são apresentados alguns importantes modelos aplicados à engenharia costeira e portuária:
Modelos analíticos e numéricos em engenharia costeira e portuária Os modelos analíticos fornecem soluções gerais de equações diferenciais para situações simplificadas. No ramo da engenharia costeira e portuária, há vários modelos analíticos que procuram representar matematicamente a forma da onda, a celeridade, etc. Dentre estes, destacam-se as teorias de Airy, Stokes e Korteweg e de Vries, mais comumente utilizadas na área de engenharia costeira e portuária. A teoria de Airy (onda linear – cristas e cavados com mesma largura) é aplicada a ondas de pequena amplitude em águas profunda. A teoria de Stokes (onda não linear) é aplicada a ondas de grande amplitude, porém finita, em profundidade intermediária ou águas rasas. A teoria da Korteweg e de Vries (onda não linear, também chamada de Cnoidal), é aplicada a ondas antes da zona de arrebentação. No entanto, quando ondas se aproximam da costa, diversos processos complicadores podem ocorrer e as teorias acima não são capazes de solucionar o problema. Alguns desses processos são refração, empolamento, difração, reflexão, dissipação de energia devido ao atrito e percolação, arrebentação, crescimento adicional devido ao vento e interações entre ondas e correntes, transporte de sedimentos e poluentes, etc. Com o aumento rápido da capacidade de computação proporcionado pelo desenvolvimento da informática, a modelagem numérica (tradução de modelos matemáticos adaptados para diferentes métodos de cálculo: discretização espacial - MDF, MVF, MEF e temporal – explícitos, implícitos, semi-implícitos, etc) considerando alguns deses processos apresenta-se atualmente como uma alternativa muito atrativa, relativamente à utilização de modelos físicos. As formulações matemáticas dos modelos utilizados no estudo da dinâmica de zonas costeiras têm 33
vindo a aumentar a sua complexidade e muitas delas são baseadas em equações não lineares. A modelagem de zonas costeiras constitui ainda, no entanto, um difícil desafio para todos aqueles que trabalham nesta área, uma vez que muitos dos processos relacionados com os ambientes costeiros e muitos dos aspectos relacionados com o desenvolvimento dos modelos não são ainda hoje bem compreendidos (apenas macroscopicamente).
Modelagem de Ondas na Zona Costeira Existem diversos modelos utilizados para simulação da propagação de ondas na zona costeira. Entre estes, o RCPWAVE, STWAVE e MIKE 21 são os mais largamente empregados no ramo da engenharia costeira e portuária. O RCPWAVE (Regional Coastal Processes WAVE propagation model) é um modelo de propagação de ondas lineares baseado em equações do movimento irrotacional em duas dimensões (2D) para declividades suaves. Este modelo se aplica a zonas costeiras abertas sem estruturas. As equações são aproximadas por diferenças finitas e consideram os fenômenos de refração, empolamento, difração e arrebentação. O STWAVE (STeady State spectral WAVE) é um modelo de propagação de ondas lineares que computa a evolução do espectro de ondas em duas dimensões (2D) considerando a aproximação por diferenças finitas. O modelo inclui arrebentação, dissipação de energia devido ao atrito e percolação, crescimento adicional devido ao vento e resolve a transferência de energia não linear no espectro de ondas. Este possui também rotinas para modelar as ondas considerando estruturas e correntes simples. O MIKE 21 é um sistema de modelagem composto de um pacote profissional de softwares de engenharia hidráulica, contendo um sistema de modelagem a duas dimensões (2D) de escoamentos de superfície livre. Ele é aplicável à simulação de fenômenos hidráulicos e sedimentológicos em lagos, estuários, baías, regiões costeiras e oceanos, onde a estratificação do meio possa ser negligenciada. Possui um módulo (PMS – Parabolic Mild Slope Wave Module) que permite simular a propagação das ondas do largo a regiões costeiras considerando uma aproximação parabólica derivada da teoria de ondas lineares para declividades suaves, bem como determinar as modificações que o campo de ondas sofre quando encontra algum tipo de obstáculo, tais como espigões, quebra-mares, canais dragados, etc. A solução da equação básica do MIKE 21 é feita usando a técnica das diferenças finitas.
Modelagem de Canais de Maré Os modelos mais comumente utilizados para simulação do escoamento em canais de maré são o DYNLET e o ACES: O DYNLET é um modelo unidimensional para simulação do escoamento em rios, estuários e zonas costeiras. O modelo prevê velocidades e níveis de água induzidos por marés em estuários e 34
lagunas, resolvendo as equações de águas rasas em uma dimensão através da técnica de diferenças finitas. O modelo possibilita também a simulação do escoamento em múltiplas entradas de tributários ou baías. O ACES (Automated Coastal Engineering System) é um modelo que possui diversos módulos para simulação das velocidades, descargas e níveis de águas nos canais de entrada de estuários ou lagunas em função do tempo considerando os efeitos de marés astronômicas, tempestades, seichas e tsunamis. Estes módulos incluem simulação de ondas considerando tanto teorias de ondas regulares como métodos numéricos mais complexos para o caso de ondas irregulares, os fenômenos de difração e reflexão devido à presença de obstáculos, forças em estruturas costeiras e portuárias e transporte de sedimentos. É possível também simular o escoamento em múltiplas entradas.
Modelagem Hidrodinâmica e de Transporte Litorâneo de Sedimentos Mesmo no caso mais simples da hidrodinâmica e de transporte de sedimentos em rios, onde o escoamento é geralmente bidimensional, ainda não se conhecem bem os mecanismos envolvidos. Logo, no caso da hidrodinâmica e do transporte de sedimentos em zonas costeiras, o problema se torna bem mais complexo, dadas a tridimensionalidade do problema e as variações temporais e espaciais nas forças atuantes. A seguir são apresentados alguns dos modelos mais utilizados no ramo da engenharia costeira para simular a hidrodinâmica e o transporte litorâneo: O MIKE 21 possui um módulo (HD – HydroDynamics Module) que permite simular a hidrodinâmica em zonas costeiras e em outros corpos hídricos, resolvendo as equações de continuidade e de conservação da quantidade de movimento. A solução dessas equações é feita usando a técnica das diferenças finitas, geralmente utilizando como dados de entrada os resultados da propagação das ondas obtidos através do módulo MIKE 21 PMS, descrito acima. Da mesma forma, os resultados das simulações com o MIKE 21 HD podem ser utilizados como dados de entrada de outro módulo do MIKE 21 (ST – Sediment Transport Module) para simular o transporte de sedimentos litorâneo por arrastamento de fundo e em suspensão. O transporte por arrastamento considera a ação combinada de ondas e correntes e as condições existentes na zona de arrebentação das ondas. Para o cálculo do transporte em suspensão, é empregada a equação da difusão turbulenta. O módulo MIKE 21 ST também é capaz de prever os impactos de erosão e assoreamento causados por obras costeiras e portuárias. O LITPACK (Litoral Processes Package) é um software para modelagem do transporte de sedimentos não coesivos em zonas costeiras, composto de diversos módulos. Dentre estes, destacam-se os módulos para o cálculo do transporte de sedimentos por ação de ondas e correntes, balanço sedimentológico costeiro, evolução da linha de costa, evolução do perfil de praia, avaliação do impacto causado por obras costeiras, otimização de projetos de criação de praias, otimização de obras de proteção costeira, projeto e otimização de recuperação de praias por alimentação artificial, assoreamento em canais de acesso, etc. Do ponto de vista matemático, o LITPACK é formado por um conjunto de equações para simular o transporte de sedimentos por arrastamento e em suspensão, de forma similar ao MIKE 21. Para calcular as mudanças na 35
posição da linha de costa, em função da variação do clima de ondas (série temporal) e/ou obras costeiras e portuárias, a equação básica é a de continuidade entre volumes. O modelo SBEACH (Storm-induced BEAch CHange Model) simula erosão nas zonas de praia, pós-praia (bermas) e dunas provocada por ondas de tempestade e variações no nível da água. O modelo considera os detalhes de arrebentação de ondas e o transporte de sedimentos resultante. O modelo aproxima a equação de conservação de massa sedimentar utilizando a técnica de diferenças finitas. O GENESIS (GENEralized Model for SImulating Shoreline Change) simula as mudanças nas zonas de praia, pós-praia (bermas) e dunas devido à ação das ondas e pode ser aplicado para estudo de erosão considerando ou não a existência de obras costeiras (guias de correntes, espigões, etc) e atividades de engenharia (engodamento artificial, drenagem, etc). O modelo parte do pressuposto que o perfil da praia permanece constante, mas permite a variação na posição transversal deste perfil, considerando os efeitos de empolamento, refração e difração; passagem de sedimentos para dentro ou através de espigões; e fontes e sumidouros de areia. Alguns modelos numéricos mais recentes também já vêm considerando o efeito da coesão dos sedimentos nos processos de transporte. O SED2D e o MIKE21 MT são exemplos destes modelos. No entanto, devido à complexidade do problema, fórmulas empíricas como as de Kamphuis e Schoonees ainda são comumente utilizadas para simular o transporte de sedimentos litorâneo.
Combinação de Modelos Existe ainda a possibilidade de combinação de modelos para simulação dos problemas de engenharia costeira e portuária. Por exemplo, o RCPWAVE pode ser utilizado para simular a propagação de ondas enquanto o modelo GENESIS pode ser utilizado para simular os processos de transporte de sedimentos. O mesmo pode ser feito com relação aos modelos MIKE 21 e LITPACK.
Modelagem Ambiental Existem também modelos para simular a dinâmica de lançamento de efluentes e parâmetros de qualidade da água - MIKE 21 AD (Advection-Dispersion Module), derramamento de óleo no mar - MIKE 21 SA (Spill Analysis) e ecossistemas marinhos - MIKE 21 Eco Lab. Além do MIKE 21, existe também um modelo bastante difundido para modelagem ambiental, específico para simulação da dispersão de poluentes, sedimentos e salinidade em zonas costeiras e em outros corpos hídricos em três dimensões (3D), que é o CORMIX (Cornell Mixing Zone Expert System). Este modelo é baseado em formulações integrais das equações de movimento e em uma 36
grade de classificações de escoamentos em função de escalas características. O CORMIX fornece ainda os seguintes módulos: o CORMIX1 para simular o lançamento de poluentes através de tubulações únicas, o CORMIX2 para simular o lançamento de poluentes através de múltiplos difusores, e o CORMIX3 para simular descargas superficiais como influxos fluviais em zonas costeiras. Uma vantagem desse modelo é que este pode considerar diferentes tipos de estratificação ambiente, ao contrário do MIKE 21, no qual as equações são integradas na vertical.
SisBaHiA Sistema de modelagem composto de módulos para simulações diversas (propagação de ondas, marés, hidrodinâmica, sedimentos, dispersão de poluentes, qualidade da água, derramamento de óleo, etc). Resolução das equações de continuidade e conservação da quantidade de movimento integradas na vertical, considerando modelagem de turbulência baseada na simulação de grandes vórtices (LES) e em equações empíricas e semi-empíricas. Sedimentos de leito: MPM, Van Rijn, etc, e balanço de massa de sedimento. Transporte advectivo-difusivo considerando taxas de reação/sedimentação. Simulação de manchas de óleo.
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8. Obras Costeiras
Os processos erosivos e de assoreamento conferem às praias uma feição bastante dinâmica, podendo acarretar em recuo ou avanço progressivo da linha de costa, migração ou até mesmo fechamento das embocaduras e canais portuários. Para minimizar estes impactos, estruturas como espigões e guias de correntes são normalmente utilizadas. A seguir, é apresentada uma discussão sobre estes dois tipos de obras costeiras de proteção de praia. Espigões Os espigões são estruturas transversais que se estendem do pós-praia, suficientemente enraizadas para não serem contornados pelo espraiamento, até a zona de arrebentação, agindo diretamente sobre o transporte de sedimentos litorâneo na faixa em que ele é mais significativo. Funções e limitações dos espigões Os espigões têm como funções: 1. Interceptação de parte, ou da totalidade do transporte de sedimentos litorâneo, através de deposições (assoreamento) a barlamar. 2. Estabilização de praia sujeita a variações periódicas. 3. Alargamento de praia para fins balneários ou de reurbanização. 4. Prevenção do assoreamento a sotamar (contenção de restingas ou flechas, por exemplo). 5. Complemento de fixação para a alimentação artificial de praias. As limitações dos espigões são: 1. Não são indicados quando o transporte litorâneo for fraco, pois as erosões a sotamar podem ser graves, ou quando o rumo do transporte for variável, pois reduz-se a eficiência da obra. 2. Não evitam erosões associadas a correntes de retorno transversais, como as rip currents. 3. Criam turbulências nas suas extremidades ao largo, que podem produzir erosões que os arruínem, se não for adotado esquema operacional de manutenção adequado. Campos de espigões Normalmente, a proteção com este tipo de estruturas desenvolve-se em grupos, designados por campos de espigões (sendo provavelmente a obra de defesa do litoral mais difundida). A construção dos espigões em etapas deve-se iniciar de sotamar, adicionando-se novos espigões assim que a capacidade de retenção máxima for atingida e o transporte litorâneo começar a contornar a obra. Por outro lado, quando a construção do campo de espigões se realiza em uma só etapa, os espigões de barlamar enchem-se primeiro, ajustando-se a linha de costa entre os espigões às ondas incidentes e suas deformações (refração, arrebentação e difração), sendo o campo enchido seqüencialmente de barlamar para sotamar, à medida em que os espigões de barlamar são enchidos e os sedimentos os contornam. As erosões de praia a sotamar acorrerão 38
numa taxa aproximadamente igual à de deposição do sistema, supondo a praia a sotamar do campo de espigões composta pelas mesmas características do material. Porém, esta erosão pode ser prevenida através de alimentação artificial de areia nos campos de espigões, redução do comprimento dos espigões gradativamente no rumo de sotamar e implantação do último espigão a sotamar em área não sujeita à erosão (com defesas litorâneas, embocaduras costeira, ou formação rochosa). Parâmetros de projeto Os principais parâmetros funcionais de projeto das obras de espigões são: 1. Comprimento: Depende da fração do transporte litorâneo que se deseja interceptar, estendendo-se geralmente até a primeira linha de arrebentação. Os muito curtos interceptam somente o transporte do jato de praia no estirâncio, mas os mais longos normalmente atingem boa parcela da zona de arrebentação e espraiamento, interceptando grande porcentagem do transporte litorâneo. A declividade requerida para a praia de areia (tipicamente em torno de 2%) condiciona a extensão do espigão, sendo maior quanto mais suave a declividade exigida. 2. Altura: Depende da declividade da praia e da fração do transporte litorâneo que se deseja interceptar, pois quanto mais alto maior a eficiência de retenção. A cota do coroamento em terra deve corresponder pelo menos ao topo da berma de inverno (geralmente entre 0,5 e 1,2 m sobre a superfície da praia). 3. Permeabilidade: Depende da fração do transporte litorâneo que se deseja interceptar. Espigões muito permeáveis retêm menos areia mas são úteis para evitar modificações bruscas na linha da costa. Os tipos permeáveis permitem que a água e algum sedimento os atravesse, enquanto o tipos impermeáveis reforçam a deflecção dos fluxos. 4. Espaçamento: Normalmente definida como um múltiplo do comprimento, estando normalmente entre 1 a 4 para uma melhor eficiência e evitar problemas de erosão e descalçamentos a sotamar. 5. Configuração e orientação: Em geral, os espigões são retilíneos, mas podem ter forma em T ou em L, ou mesmo mais complexas, como curvilíneas, em Z e ondulada. O perfil transversal é geralmente em talude para evitar galgamento. São usualmente construídos de forma perpendicular à linha de costa original (quanto não há direção dominante das ondas incidentes), ou ligeiramente inclinados para barlamar (quando há incidência predominantemente oblíqua, evitando deslocamento com turbilhões erosivos nas extremidades). 6. Materiais empregados: Podem ser construídos com materiais diversificados que, conforme o tipo, conferem maior ou menor permeabilidade à estrutura. Entre os materiais que têm sido utilizados referem-se blocos naturais ou de rocha (enrocamento – material mais difundido – estruturas flexíveis adaptáveis ao terreno), gabiões, sacos preenchidos com argamassa. Para áreas de agitação menos intensa, pode-se usar estacas prancha metálicas ou de madeira preenchidas com agregados de concreto.
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Guias de corrente Os guias de corrente ou (molhes) guias-correntes são estruturas que se desenvolvem a partir da costa até atingir profundidades compatíveis com as exigências de navegação ou até locais para onde se deseja direcionar as correntes fluviais. Funções e limitações dos guias-correntes Os guias-correntes têm como funções: 1. Orientar as correntes em embocaduras costeiras de modo a provocar o aprofundamento do canal pela intensidade da corrente, protegendo canais de navegação e de acesso a portos, bem como fundações de pontes. 2. Garantir a estabilidade hidráulica e sedimentológica de embocaduras. 3. Interceptar parte do transporte de sedimentos litorâneo. 4. Reduzir significativamente a necessidade de dragagens devido à manutenção do alinhamento dos canais. 5. Promover certa proteção contra ondas e correntes litorâneas. As limitações dos guias-correntes são: 1. Podem provocar assoreamento de canais, já que é eliminada a possibilidade de formarem-se meandros e conseqüentemente elimina-se um mecanismo natural que repõe em suspensão material fino de origem marítima e que se deposita sobre os fundos nas estofas. 2. Podem produzir impactos erosivos e de assoreamentos na linha de costa por interceptarem o transporte de sedimentos litorâneo longitudinal. 3. Tendem a aumentar a estratificação em embocaduras estuarinas, dificultando os processos de circulação e mistura nos estuários. Quantidade de guias-correntes e combinações com outras estruturas Alguns guias-correntes são construídos em estrutura única, mas estes podem permitir a migração dos canais de navegação. Portanto, os guias de corrente são preferencialmente construídos em pares, um em cada lado da entrada do canal. Algumas vezes os guias de corrente são utilizados em combinação com outras estruturas como quebra-mares para proteção de bacias portuárias ou vertedores para permitir a passagem de sedimentos para bacias de deposição próximas à praia, pare servir futuramente de alimentação artificial de praia. Parâmetros de projeto Os principais parâmetros funcionais de projeto das obras de guias de corrente são: 1. Comprimento: Devem ser longos o suficiente para prevenir o transporte litorâneo através de suas extremidades e para dentro dos canais de navegação.
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2. Altura: Depende das condições de cheias em rios, correntes e marés, critérios de segurança para navegação e do transporte litorâneo no local. Ao contrário dos espigões, os guias-correntes podem ser dimensionados com cotas inferiores aos da berma de inverno. 3. Permeabilidade: Geralmente são mais permeáveis que os espigões (e quebra-mares) já que a corrente no canal também contribui com o transporte de sedimentos provenientes do transporte litorâneo que por ventura chegue ao canal. 4. Espaçamento: Deve ser determinada em função das condições de ondas e marés, cheias em rios e critérios de segurança para navegação. Se o espaçamento é grande, deposição e formação de meandros podem ocorrer. Por outro lado, se o espaçamento é pequeno, a estrutura dos guiascorrentes e as condições de navegação podem ser comprometidas. 5. Configuração e orientação: Em geral, os guias-correntes são retilíneos, mas podem ter formas mais complexas como curvilíneas. O perfil transversal é geralmente em talude para evitar galgamento. Os guias-correntes em pares são usualmente construídos de forma paralela, convergente ou mesmo mistos (convergentes e em seguida paralelos). No entanto, deve-se ter cuidado para a velocidade reduzida no caso dos guias-correntes convergentes não provoque assoreamento do canal. A orientação destas estruturas para fins de navegação deve garantir que o canal é de certa forma alinhado com a direção de aproximação das ondas mais fortes. Geralmente alinhamentos perpendiculares à costa têm esta função. Este tipo de alinhamento é geralmente deficiente com relação à proteção contra ondas, mas por outro lado as ondas perdem uma quantidade significativa de energia quando se deslocam entre os guias-correntes paralelos. 6. Materiais empregados: Podem ser construídos com materiais diversificados que, conforme o tipo, conferem maior ou menor permeabilidade à estrutura. Entre os materiais que têm sido utilizados referem-se blocos naturais ou de rocha (enrocamento), blocos de concreto (tetrápodos, quadrípodos, dolos, tribares, etc), gabiões, sacos com areia ou pedras, madeira e metal. É comum se utilizar também a combinação de dois tipos de materiais. Por exemplo, pode-se utilizar pedra no corpo do guia de corrente e blocos de concreto para reforço da cabeça do mesmo. Finalmente, ensaios em modelos físicos reduzidos, modelagem numérica e fórmulas empíricas e semi-empíricas constituem-se nas principais ferramentas para a determinação das características e dimensões dos espigões e guias-correntes. A fórmula prática de Izbash, por exemplo, é largamente utilizada para o cálculo do peso (P) dos blocos de enrocamento dessas estruturas: P
s v6 6 3 K (2g)3 s 1 a
3
sendo v a máxima velocidade da corrente na frente de avanço do cabeço da estrutura, K um parâmetro adimensional que assume o valor de 0,74 no cabeço da estrutura, s o peso específico dos blocos de enrocamento, a o peso específico da água e g a aceleração da gravidade. Verificase a proporcionalidade com a sexta potência da velocidade da corrente, o que requer uma correta adoção deste parâmetro, de preferência considerando medições no local de interesse juntamente com resultados de fórmulas práticas disponíveis na literatura. 41
9. Obras Portuárias
Os quebra-mares e píeres de acostamento são importantes elementos no que diz respeito à garantia de funcionalidade de portos marítimos. A seguir, apresenta-se uma descrição sobre cada um desses elementos: Quebra-mares Estrutura rígida que tem como finalidade principal proteger a entrada de um porto da onda dominante, criando uma baía artificial de águas paradas onde se situam os píeres de acostamento. Os quebra-mares geralmente têm uma das extremidades ancorada em terra, adquirindo normalmente forma encurvada ou em L. O acesso à costa facilita os procedimentos de construção, operação e manutenção, mas pode ter efeitos negativos na qualidade da água e no transporte de sedimentos na bacia portuária e ao longo da costa, como observado, por exemplo, no caso do Porto do Mucuripe (ex.: assoreamento da bacia portuária induzida pela difração de ondas e erosão ao longo de cerca de 30 km da costa devido à redução do transporte litorâneo a sotamar do porto). Para evitar esses tipos de problemas, alguns quebra-mares têm sido preferencialmente construídos afastados da praia (off-shore), como no caso do Porto do Pecém, onde o acesso à costa é garantido através de pontes que permitem a circulação de água e sedimentos entre seus pilares. Para garantir ainda a tranqüilidade da bacia portuária, é importante que os quebra-mares tenham altura suficiente para prevenir que as ondas ultrapassem seu coroamento e boa impermeabilidade para evitar a transmissão de ondas através dessas estruturas. Na localização de fundamentalmente:
quebra
mares
para
abrigo
portuário
devem
ser
considerados
1. Dimensão da área a ser abrigada. 2. Grau de abrigo de bacias portuárias para operações de movimentação de cargas e manobras dos navios. 3. Influência no transporte de sedimentos litorâneo, avaliando a sedimentação na área a ser abrigada e o impacto de erosão/sedimentação na área costeira adjacente. 4. Possíveis impactos ambientais na qualidade da água e no ambiente costeiro. Os quebra-mares são geralmente dos seguintes tipos: 1. Quebra-mar de talude: Formado por maciço de seção transversal trapezoidal constituída por blocos de enrocamento. Nos trechos mais solicitados os blocos naturais podem ser substituídos por blocos de concreto de diversas formas (tetrápodos, quadrípodos, dolos, tribares, etc), de modo a reduzir o peso unitário e aumentar a eficiência de absorção de energia. É o tipo mais tradicional e mais usado, provavelmente devido à facilidade de construção e manutenção e alta 42
eficiência no amortecimento da energia das ondas. O mecanismo de dissipação de energia se dá por turbulência na arrebentação das ondas e por atrito sobre o talude. A arrebentação ocorre quando a onda atinge profundidades aproximadamente iguais à sua altura. O dimensionamento deste tipo de quebra-mar é feito geralmente considerando-se ensaios em modelos físicos reduzidos/numéricos e fórmulas empíricas e semi-empíricas. A fórmula prática de Hudson, por exemplo, é largamente utilizada para o cálculo do peso (P) dos blocos de armadura dessas estruturas: P
H3 s 3
K s 1 cotg a
sendo H a altura da onda de projeto, s o peso específico dos blocos, a o peso específico da água e K um valor tabelado que depende das características das ondas, dos blocos, e da declividade do talude, . Verifica-se a proporcionalidade com o cubo da altura da onda, o que requer uma correta adoção deste parâmetro. Portanto, deve-se conhecer as características detalhadas das ondas. O período de recorrência da onda de projeto não pode ser menor do que o da expectativa da vida útil da obra, sendo no mínimo 50 anos para as obras permanentes expostas. 2. Quebra-mar de parede vertical: Formado por parede vertical, impermeável, constituída por caixões de concreto armado lastreados de areia, blocos maciços de concreto ou estacas prancha. A fundação é constituída por um manto de regularização de enrocamento. Reduz ao mínino o volume da obra, mas exige equipamentos de construção mais sofisticados. Tem a desvantagem de sofrer ruína abrupta se os esforços solicitantes excederem os níveis de projeto. O mecanismo de dissipação de energia se dá através de reflexão e geração de onda estacionária (clapotis) que arrebenta a partir de profundidades de aproximadamente duas vezes a altura da onda incidente. O dimensionamento deste tipo de quebra-mar é feito geralmente considerando-se ensaios em modelos físicos reduzidos/numéricos e os diagramas simplificados de Sainflou, fundamentados na teoria hidrodinâmica. Neste último caso, o cálculo das pressões é feito considerando a pressão hidrostática a h (onde h é a profundidade da água em repouso) e a pressão dinâmica (p) devido à onda estacionária, dada por: p
a H cosh (2h L)
sendo L o comprimento da onda. 3. Quebra-mar misto: Trata-se de um tipo intermediário aos anteriores, composto por um maciço de enrocamento submerso sobre o qual é assentada uma parede vertical. Permite estender o quebra-mar de tipo vertical a profundidades superiores a 15 m ou em terrenos de menor resistência. Geralmente apresentam elevados custos de manutenção. O mecanismo de dissipação de energia pode se dá tanto por turbulência na arrebentação das ondas e por atrito sobre o talude como por reflexão. O dimensionamento deste tipo de quebra-mar é feito geralmente considerando-se ensaios em modelos físicos reduzidos/numéricos. 43
4. Quebra-mar do tipo berma: Este tipo de quebra-mar diferencia-se do tipo de talude por apresentar uma berma com blocos de variadas dimensões para permitir a percolação e dissipação da energia das ondas. O quebra-mar do tipo berma permite ainda uma melhor acomodação do perfil após a ação das ondas, garantindo assim maior estabilidade que o quebra-mar de talude. O dimensionamento deste tipo de quebra-mar também é feito com base em modelos físicos reduzidos/numéricos. O quebra mar do Porto do Pecém, por exemplo, é do tipo berma. Outros tipos de estruturas como os quebra-mares do tipo flutuante, pneumáticos e caixões perfurados também são eventualmente empregados em projetos de engenharia costeira e portuária.
Píer de acostamento Geralmente protegido por quebramares, o píer é uma estrutura que avança sobre o mar que pode servir para acostamento de embarcações ou para suporte de um emissário submarino. Os píeres de acostamento possuem grandes dimensões, com extensão usualmente superior a 100 metros. Estas estruturas podem ser fixas ou flutuantes, apoiadas por pilares ou flutuadores convenientemente espaçados entre si no sentido longitudinal, de modo a prevenir a detenção de sedimentos ou detritos, além de permitir a circulação e renovação das águas. Em algumas situações, como no caso do Porto do Pecém, são construídas pontes de interligação entre os píeres e as instalações em terra, visando atingir águas profundas para o acostamento das embarcações e ao mesmo tempo preservar as condições ambientais. Os píeres podem ainda ser múltiplos ou dotados ou não de ramificações (fingers) fixas ou flutuantes. O Porto do Mucuripe, por exemplo, conta com um píer principal enquanto que o Porto do Pecém conta com um píer para produtos siderúrgicos e cargas em geral e outro para granéis líquidos e gases liquefeitos. Além disso, existem também os píeres secundários ou berços para rebocadores (responsáveis por auxiliar os navios nas manobras de atracação). Portanto, pode-se observar que a configuração de um píer varia em função das condições físicas e operacionais dos portos em questão. As infra-estruturas normalmente presentes nos píeres em geral são: - Pontes de acesso - Transportadores de esteiras - Casas de transferência - Carregadores e descarregadores dos navios - Berço de rebocadores - Plataforma de operações - Dólfin de amarração - Dólfin de atracação
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As estruturas de base dos píeres de acostamento são geralmente construídas em aço (com proteção catódica para evitar corrosão), concreto armado (moldadas in situ ou pré-moldadas) ou concreto protendido (no caso de maiores vãos entre pilares ou estruturas longas em balanço). No projeto de píeres, devem ser dimensionados fundamentalmente os seguintes parâmetros: - Lâmina de água; - Altura da estrutura; - Orientação, largura e comprimento das plataformas. Os esforços solicitantes sobre os píeres de acostamento são basicamente devidos a: - Movimentação de cargas de passageiros; - Equipamentos de movimentação de cargas; - Edificações portuárias; - Impacto de atracação das embarcações; - Amarração dos navios; - Empuxos de terra e hidrostáticos; - Ação de ventos, ondas e correntes marítimas. Para proteger as embarcações e as estruturas dos píeres de acostamento com relação aos esforços de impacto nas atracações, geralmente são utilizadas defensas contendo elementos de borracha. Podem ser utilizadas ainda defensas mecânicas ou pneumáticas. Assim, na atracação de embarcações, o impacto transmite a energia cinética da embarcação à obra, que é transformada em energia potencial de deformação das defensas e estruturas. Para manter as embarcações atracadas aos píeres com segurança para sua operação de movimentação de carga, são utilizados cabos e sistemas de amarração. Logo, uma vez a embarcação atracada, as forças de amarração são oriundas dos ventos, ondas e correntes e transmitidas pelos cabos aos elementos de fixação, sendo necessário se conhecer fundamentalmente os seguintes aspectos: - As oscilações verticais extremas de flutuação das embarcações e do nível de água, que são determinantes na definição da cota das estruturas dos píeres de acostamento e no gabarito dos equipamentos de movimentação de carga, considerando-se o calado e o calado aéreo. - As forças oriundas das pressões do vento que são exercidas sobre as áreas emersas. - As forças oriundas das pressões das correntes que são exercidas sobre as áreas imersas. Finalmente, o dimensionamento das estruturas dos píeres é realizado considerando fundamentalmente ferramentas de cálculo das engenharias civil, mecânica e naval.
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10. Gestão Portuária As bases do atual sistema portuário brasileiro remontam a 1808, com a abertura dos portos promovida pelo rei D. João VI. Foi nesse momento, efetivamente, que o país se inseriu no cenário do comércio internacional. Esta tendência se tornou ainda mais acelerada a partir da promulgação da Lei das Concessões, em 1869. O objetivo desta lei era permitir o financiamento privado de obras de expansão nos principais portos nacionais à época. O modelo privado de investimento durou até a década de 1930, quando o Estado assumiu o papel de financiador e operador desses ativos. O ápice desse processo foi a criação e a ampliação da empresa Portos do Brasil S/A (Portobrás) nas décadas seguintes. A empresa explorava o cais comercial como operador portuário e atuava ao mesmo tempo como autoridade portuária nacional, administrando os 35 principais portos comerciais do país. Na verdade, a Portobrás explorava os portos por meio de subsidiárias – Companhias Docas –, tendo assumido também a fiscalização das concessões estaduais e até mesmo dos terminais privativos de empresas estatais e privadas. Com a extinção da Portobrás em 1990, o sistema portuário brasileiro passou por grave crise, forçando a edição de diploma legal conhecido como Lei de Modernização dos Portos em 1993. Com a Lei no 8.630/1993 houve a redefinição dos papéis da autoridade portuária, do operador portuário e do próprio Estado na gestão e regulação do sistema. Decretos e resoluções posteriores também aperfeiçoaram o marco institucional e o equilíbrio econômico-financeiro dos contratos, na busca por eficiência e competitividade. Apresenta-se, a seguir, as instituições públicas responsáveis pelo planejamento e pela gestão portuária no Brasil. Além do Ministério dos Transportes, responsável pela formulação de políticas para o seu âmbito de atuação como um todo, para o transporte aquaviário são entes relevantes a Agência Nacional de Transportes Aquaviários (ANTAQ) e a Secretaria Especial de Portos (SEP). A ANTAQ, instituída pela Lei no 10.233/2001, tem como finalidade implementar, em sua esfera de atuação, as políticas formuladas pelo Ministério dos Transportes e pelo Conselho Nacional de Integração de Políticas de Transporte (CONIT), segundo os princípios e as diretrizes estabelecidos na sua lei de criação. Deve também regular, supervisionar e fiscalizar as atividades de prestação de serviços de transporte aquaviário e de exploração da infraestrutura portuária e aquaviária, exercida por terceiros, com vista a garantir a movimentação de pessoas e bens, em cumprimento a padrões de eficiência, segurança, conforto, regularidade, pontualidade e modicidade nos fretes e nas tarifas; harmonizar os interesses dos usuários com os das empresas concessionárias, permissionárias, autorizadas e arrendatárias, e de entidades delegadas, preservando o interesse público; e arbitrar conflitos de interesse e impedir situações que configurem competição imperfeita ou infração contra a ordem econômica. Criada por medida provisória e referendada pela Lei no 11.518/2007, a SEP é uma instituição vinculada à Presidência da República. Tem como atribuições e competências a formulação de políticas e diretrizes para o fomento do setor, além da execução de medidas, programas e projetos de apoio ao desenvolvimento da infraestrutura portuária, com investimentos orçamentários e do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC). Compete ainda à SEP a 46
participação no planejamento estratégico e a aprovação dos planos de outorgas, tudo isso visando garantir segurança e eficiência ao transporte aquaviário de cargas e de passageiros no país. A partir da Lei de Modernização dos Portos (Lei no 8.630/1993), emergiu-se uma nova organização administrativa para o setor portuário brasileiro. Os principais objetivos associados à implementação desta são: conceder a operação portuária e o arrendamento de áreas portuárias, gerando recursos para o governo; incentivar a concorrência entre os portos e terminais, de modo a reduzir custos e obter maior e!ciência; e acabar com o monopólio dos trabalhadores portuários. Assim, a nova estrutura do sistema portuário brasileiro, no que diz respeito à administração, instituiu os seguintes atores: • Autoridade Portuária (AP): administra o porto organizado, gera seu patrimônio e controla as demais entidades públicas e privadas atuantes no porto. • Conselho da Autoridade Portuária (CAP): é um órgão consultivo formado por quatro blocos de atores participantes do porto, como o Bloco do Poder Público (BPP), o dos Operadores Portuários (BOP), Bloco da Classe dos Trabalhadores Portuários (BCTP) e o Bloco dos Usuários dos Serviços Portuários (BUSP). Em relação à operação do serviço portuário, a lei introduziu os seguintes atores, subordinados à autoridade portuária: • Operador Portuário (OP): é o órgão executivo de gerência, fiscalização, regulamentação, organização e promoção da atividade portuária. Dele depende a gestão de recursos humanos efetivos e prestadores de serviços, atividade realizada pelo Órgão Gestor de Mão de Obra (OGMO). • Órgão Gestor de Mão de Obra: administra a contratação, a escala e a alocação de trabalhadores portuários (TP) e de trabalhadores portuários avulsos (TPA). Há também as Companhias Docas, empresas públicas estaduais que, mediante delegação por parte do Ministério dos Transportes, assumem o papel de autoridade portuária nos portos sob sua jurisdição. Nas últimas duas décadas, o setor portuário brasileiro sofreu importantes modificações. Em especial, a Lei no 8.630/1993 (Lei de Modernização dos Portos) e o Decreto no 6.620/2008 significaram importantes mudanças de rumo para a política do setor, especialmente no que diz respeito ao uso e à administração dos portos. É importante observar que houve uma clara definição sobre as atividades permitidas aos operadores portuários e os tipos de concessões. Existem três tipos de atividades de movimentação nas instalações portuárias de uso privativo: i) carga própria, em terminal portuário de uso exclusivo; ii) principalmente de carga própria e, em caráter subsidiário e eventual, de terceiros, em terminal portuário de uso misto; e 47
iii) passageiros, em instalação portuária de turismo. A delegação sob a qual operam os portos difere conforme o per!l jurídico da instalação portuária, se pública ou privada. Os portos públicos podem ser operados por concessão a empresa pública ou privada, mediante prévia licitação. Já as instalações portuárias de uso privativo dependem unicamente de autorização por parte do poder público para que operem. É importante destacar que as autorizações são figuras jurídicas precárias, quando comparadas às concessões. De acordo com a Lei no 8.666/1993, as obrigações impostas ao operador sob o regime de concessão são maiores do que àqueles sob regime de autorização. Durante certo período, entre a Lei de Modernização dos Portos (1993) e a edição do Decreto no 6.620/2008, houve um grande volume de discussões sobre o perfil das operações nos portos privados. Os conflitos surgiram a partir de dois entendimentos absolutamente distintos sobre os terminais de uso misto: algumas empresas entendiam que seria possível instalar terminais privativos de uso misto apenas para movimentar carga de terceiros ou para movimentar predominantemente carga de terceiros, como se tratassem de terminais públicos. Em sentido oposto, havia aqueles que propunham que os terminais privativos de uso misto deveriam ter por função principal a movimentação de carga própria, atuando com carga de terceiros apenas de forma acessória, para utilizar sua capacidade ociosa, minimizar custos e tornar a operação mais eficiente, redundando em benefícios ao próprio operador. Na realidade, permitir que os terminais privativos operassem exclusivamente com cargas de terceiros imporia uma competição desleal aos portos públicos, uma vez que estes estão sujeitos a um regime jurídico mais restritivo e, consequentemente, menos propício à agilidade para a tomada de decisões. Também não seria desejável restringir a operação dos terminais privativos à movimentação de carga própria, uma vez que impediria as chances de novos entrantes atuarem nesse mercado. O Decreto no 6.620/2008 ratificou que os terminais privativos deverão operar precipuamente com as cargas próprias de seu proprietário, e, residualmente, com as cargas de terceiros. Permitiu também que as empresas privadas possam requerer a abertura de processo licitatório para arrendar um terminal público em um porto já existente ou para obter a concessão de um novo porto. A conjuntura econômica pode prejudicar a rentabilidade e até a viabilidade da operação do terminal privativo de uso misto, se naquele momento o proprietário não puder compensar eventuais perdas com o aumento da movimentação da carga de terceiros. Assumindo que as áreas costeiras podem ser consideradas um bem público, a autorização de terminais privativos daria ao autorizado um privilégio de utilizar um recurso escasso, de interesse coletivo, para fins particulares. Desta forma, seria mais adequado que qualquer pedido de autorização para terminal privativo fosse sucedido por um processo de concessão licitatório, abrindo a possibilidade de outros interessados na movimentação de produtos por tal terminal também obterem acesso a esta área costeira. Caso não houvesse interesse de terceiros, o investidor inicial obteria a concessão deste terminal a um custo consideravelmente baixo, similar ao de uma autorização. De qualquer forma, 48
este terminal seria público, não restringindo a possibilidade futura de movimentação de cargas de terceiros. Apesar de legalmente ser possível solicitar uma autorização para construção e operação de terminal de uso privativo, o Plano de Desenvolvimento e Zoneamento, previsto no Decreto no 6.620/2008, pode restringir a possibilidade de construção de terminal de uso privativo em área de interesse coletivo. Em 2007, foi instituído pela Lei no 11.610/2007 o Programa Nacional de Dragagem que visa estimular o investimento e o desenvolvimento de obras e serviços de engenharia para dragagem dos portos brasileiros. Com isso, espera-se que os canais de acesso aos portos e os respectivos berços tenham profundidade compatível com as embarcações que possuem maior calado e capacidade as quais fazem uso desses portos. A tendência de se construir navios maiores tem se justificado como forma de reduzir o custo do frete a partir do aumento do volume de carga transportada por viagem. Em setembro de 2009, a SEP homologou o Plano Geral de Outorgas Portuárias (PGO). Elaborado pela ANTAQ, esse estudo de caráter indicativo cumpre um papel de Estado, estabelecendo áreas costeiras com potencial para o estabelecimento de novos portos ou mesmo a expansão de instalações já existentes, além de projeções da demanda por serviços portuários até 2023.
A Operação Portuária Aplicada a legislação utilizada na desestatização dos serviços portuários, ficam as Autoridades Portuárias (AP) encarregadas do funcionamento orgânico dos portos públicos, repassando aos operadores portuários as atividades de entrada e saída das cargas que transitam no Porto. Nesta condição, a atuação dos órgãos gestores nacionais, tais como aduana, saúde, trabalho e meio ambiente estão sendo diretamente exercidas nas instalações portuárias, arrendadas ou diretamente operadas pela AP. Neste contexto, cabe à ANTAQ reunir e aplicar os dispositivos legais que regem a Desestatização aplicada aos portos, ou seja, zelar pelo que estabelece a Lei nº 8.630/93, modernização dos portos, e seu Decreto nº 4.391/93 que veio para regulamentar as áreas dos portos e os arrendamentos facultados pela lei. Assim, na Resolução Nº 055-ANTAQ, de 16 de dezembro de 2002, alterada pela Resolução nº 126-ANTAQ, de 13 de outubro de 2003, e Resolução nº 238-ANTAQ, de 30 de junho e 2004, a Agência vem cuidando da delimitação das áreas dos Portos Organizados, analisando as propostas dos Planos de Desenvolvimento e Zoneamento de cada porto (PDZ), cuja aplicação se dá quando da elaboração do Programa de Arrendamento relativo ao PDZ apresentado. Para o fechamento do ciclo de obrigações propostas na legislação, cabe ainda à ANTAQ analisar, em processo formal, cada arrendamento que venha a ser proposto pelas Autoridades Portuárias, notadamente quanto ao Edital, à Minuta do Contrato e ao Estudo de Viabilidade Econômica para o empreendimento. 49
Fatores de Mudança na Operação Portuária Os principais fatores que influenciam na operação portuária são do tipo Político-Institucional, Tecnológico e Econômico: Político Institucional • • •
Século XIX: investimento privado (estrangeiro) para financiar a construção dos portos em troca de concessão dos serviços portuários: Rio Grande (1869) , Santos (1888), Rio (1890) e Salvador (1891) Década de 30 no Estado Novo. Estatização e centralização do planejamento, investimentos, etc. Década de 90 fim da PORTOBRAS e início do processo de privatização e nova Lei dos Portos, Lei 8630-93.
Tecnológico • • •
Unitização das cargas e uso dos contêineres Navios Maiores: “Ultra large” graneleiros e “post-Paramax” Maior capacidade de movimentação de carga: transteineres
Econômico • • •
Mercado globalizado levando a maiores trocas Porto como parte de uma cadeia logística internacional O planeta torna-se hinterlândia de algusn grandes portos (portos concentradores)
Modelos de Política Portuária • •
Caracterização do modelo – Propriedade ou controle do porto – Abrangência da autoridade portuária Modelos de controle portuário – Controle da união – Controle dos estados ou municípios – Controle privado – Autoridade Portuária Autônoma
Classificação dos Portos no Brasil • •
Porto Organizado – É o porto público sob jurisdição de uma autoridade portuária concedido ou operado pela união Porto Privativo – Concedido e operado por pessoa jurídica de direito público ou privado 50
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Porto Privativo Misto – Pode operar carga de terceiros
Gerenciamento Portuário • • • •
Mão de Obra – Gerida pelo Orgão de Gestão da Mão de Obra (não mais é monopólio do sindicato) Tarifa do porto – Competição, custos e tipo de valor da carga Política de gestão integrada – Articulação dos diferentes agentes públicos e privados no porto CAP – Plano de Desenvolimento e Zoneamento (PDZ) do porto Centro Integrado de Operações: ex: Carajas
Os Portos Brasileiros •
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Até 1990, o gerenciamento dos brasileiros era totalmente realizado pela Empresa Brasileira de Portos S. A. (Portobrás) que detinha todo o controle sobre: – Administrações portuárias e hidroviárias – Concessionárias públicas – Programas orçamentários e de investimentos – Políticas tarifárias e de pessoal. Criou-se uma burocracia excessiva, com a distribuição de recursos exógenas ao setor, Resultando em um regime de trabalho ineficiente, Um modelo tarifário distorcido e Portos (des)equipados com maquinário obsoleto.
Características dos Portos Brasileiros • • • • • • • • • • • •
Granéis Portos e terminais Privados Grandes Empresas Boa capacidade de investimentos Pouca Alteração Tecnológica no Transporte Manutenção da competitividade Carga Geral Portos Públicos União e Estados Baixa capacidade de investimentos Grande Alteração Tecnológica no Transporte Perda da Competitividade
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O sistema portuário nacional, até 1990, era formado por: – Mais de 30 portos públicos administrados • pelas Cias. Docas, • pela própria Portobrás, • Por empresas sob administração provada e • Por concessionárias estaduais. – Além desses, havia mais quatro portos privados: • Tubarão, • Praia Mole • Ponta do Ubu e • Regência Após 1990, com a desativação da Portobrás, o Ministério dos Transportes passou a ser responsável pela implementação da política portuária brasileira, e os portos públicos ligado diretamente àquela empresa foram, de acordo com o critério de menor distância, subordinados às Companhias Docas. O sistema portuário nacional passou a ser gerenciado por – Oito Cias Docas federais, – Cinco concessionárias estaduais – E uma concessionária privada.
Concessões para Cias Docas Federais • • • • • • • •
Pará Belém, Óbidos, Marabá, Santarém, Macapá, Porto Velho (Rondônia) Maranhão Itaqui, Manaus Ceará Fortaleza, Pecém Rio Grande do Norte Areia Branca e Natal, Cabedelo, Recife, Maceió Bahia Salvador, Ilhéus, Aratu e Aracaju Espírito Santo Vitória, Barra do Riacho e Capuaba Rio de Janeiro Angra dos Reis, Niterói, Angra dos Reis, Forno e Sepetiba São Paulo Santos, Itajaí e Laguna (SC), Estrela (RS)
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Concessões Estaduais – – – – –
• •
São Paulo São Sebastião Paraná Paranaguá/Antonina Santa Catarina São Francisco do Sul Rio Grande do Sul Porto Alegre, Rio Grande e Pelotas Pernambuco Suape Concessão Privada – Cia Docas de Imbituba Portos Privados – Cia. Vale do Rio Doce – Cia. Siderúrgica de Tubarão – Samarco Mineração – Petrobrás – Aracruz Celulose
Imbituba (SC) Tubarão (ES) Praia Mole (ES) Ponta do Ubu (ES) Regência (ES) Portocel (ES)
Principais deficiências na infra-estrutura portuária brasileira - Inadequação física das instalações - Falta de dragagem - Questões ambientais - Acesso precário aos portos (Rodoviários e Ferroviários) - Falta de treinamento de mão-de-obra - Contingente de mão-de-obra muito grande, operações mecanizadas - Custos elevados - Terminais inadequados - Equipamentos com baixa capacidade, tanto na recepção quanto na expedição - Carência de estacionamento para caminhões
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A Lei de modernização dos Portos •
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Mudanças no comércio internacional que afetaram os portos públicos brasileiros: – Alteração no padrão tecnológico – Aumento do porte dos navios – Modificação na forma de se enfocar o porto, que passa a ser também um local onde são instaladas unidades de negócio. A Lei 8.630, de 25.02.93 objetiva principalmente: – No curto prazo: • Descentralização e desregulamentação do setor; • Redução da atuação do Estado; • Aumento da participação da iniciativa privada; • Racionalização do uso da mão-de-obra e maior capacitação do trabalhador; • Unificação do comando das operações portuárias • Redução de custos. – No médio prazo: • Melhoria da qualidade da mão-de-obra • Racionalização do ambiente de trabalho • Aumento da produtividade; • Estímulo à concorrência; • Redução de preços e tarifas. – No longo prazo: • Aumento da eficiência e • Competitividade dos portos. Exploração do Porto e das Operações Portuárias: – A operação portuária passa a ser feita prioritariamente pela iniciativa privada. – Foi criada a figura do “operador portuário”, pessoa jurídica pré-qualificada junto à Administração Portuária que pode explorar integralmente um porto através de concessão da União, ou através de arrendamento de terminais, de áreas, ou de serviços. – Passa a ser obrigatório a abertura de licitação para a exploração de áreas ou serviços portuários. Administração do Porto pode ser exercida pela União ou por uma concessionária. Dentre suas atribuições está – Pré-qualificar os operadores portuários, – Prestar apoio ao Conselho de Autoridade Portuária (CAP) e ao Órgão Gestor de Mão-de-Obra – Estabelecer o horário de funcionamento do porto e as jornadas de trabalho, – Fiscalizar as operações portuárias – Fixar valores e arrecadar tarifas pelo uso das instalações portuárias de uso público.
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O Conselho de Administração Portuária • • • • • •
Este Conselho promove a interelação entre os agentes envolvidos nas operações portuárias. Aprovado pela lei 8.630/93, o Conselho de Administração Portuária (CAP) está dividido em quatro blocos representativos. Bloco I: Poder Público : – representantes dos governos federal, estadual e municipal. Bloco II: Operadores Portuários : – representantes da Administração de Porto Organizado, Armadores, Titulares das Instalações Portuárias Privativas dentro da Área Portuária e demais Operadores. Bloco III: Classe dos Trabalhadores Portuários – Representantes dos Trabalhadores Portuários Avulsos e dos demais Trabalhadores Portuários. Bloco IV: Usuários dos Representantes dos Serviços Portuários : – Representantes dos Exportadores e Importadores, dos Proprietários e Consignatários de Mercadorias e dos Terminais Retroportuários. Dentre as principais funções do CAP estão: – Baixar o regulamento de exploração; – Homologar o horário; – Opinar sobra a proposta de orçamento; – Promover a racionalização, otimização do uso das instalações portuárias; – Homologar os valores das tarifas portuárias; – Promover estudos compatibilizando o Plano de Desenvolvimento Portuário com os Programas Federais, Estaduais e Municipais de transportes.
O Órgão Gestor de Mão-de-Obra (OGMO) •
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Criado obrigatoriamente no âmbito de cada porto com a finalidade de – Cadastrar, registrar e treinar a mão-de-obra dos trabalhadores portuários, – Estabelecer o número de vagas, – Administrar o fornecimento da mão-de-obra para os operadores portuários – Arrecadar junto aos operadores os encargos sociais e previdenciários, bem como a remuneração devida aos trabalhadores. A lei extinguiu o monopólio de fornecimento de mão-de-obra pelos sindicatos A mão-de-obra para o novo ambiente de multifuncionalidade exigirá treinamento a ser promovido pelo OGMO e pelos operadores portuários. Foi criado o Adicional de Indenização do Trabalhador Portuário Avulso (AITP) para cobrir os encargos das indenizações incentivadas pelo cancelamento do registro dos trabalhadores portuários avulsos, matriculados até 31 de dezembro de 1990.
Movimentação dos Portos Brasileiros •
As exportações de granéis sólidos atingiram 175.115 mil toneladas, as de granéis líquidos 9.682 mil e as de carga geral 33.013 mil toneladas, responderam, respectivamente, por 80%, 5% e 15% das exportações brasileiras. 55
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As importações de granéis sólidos foram de 34.833 mil toneladas, as de granéis líquidos de 33.529 mil e as de carga geral de 10.413 mil toneladas e responderam, respectivamente, por 44%, 43% e 13% das importações do país. Assim, ficou clara a vocação do comércio exterior brasileiro para as exportações de granéis sólidos, que responderam por 80% das cargas, em toneladas. A navegação de longo curso é a responsável pelo comércio exterior e movimentou, em 1999, 296.585 mil toneladas. As exportações, com 217.810 mil toneladas, responderam por 73% e as importações, com 78.775 mil toneladas, pelos restantes 27% do movimento total. As exportações de granéis sólidos atingiram 175.115 mil toneladas, as de granéis líquidos 9.682 mil e as de carga geral 33.013 mil toneladas, responderam, respectivamente, por 80%, 5% e 15% das exportações brasileiras. As importações de granéis sólidos foram de 34.833 mil toneladas, as de granéis líquidos de 33.529 mil e as de carga geral de 10.413 mil toneladas e responderam, respectivamente, por 44%, 43% e 13% das importações do país. Assim, ficou clara a vocação do comércio exterior brasileiro para as exportações de granéis sólidos, que responderam por 80% das cargas, em toneladas. A movimentação de cargas pela navegação de longo curso realizada no cais público 99.516 mil toneladas, respondeu por 33% do total das cargas movimentadas pelo comércio exterior. Consequentemente, a movimentação fora do cais, aquela realizada nos terminais de uso privativo, exclusivo e misto, de 197.069 mil toneladas, respondeu, em 1999, por 67% desse movimento, de 296.585 mil toneladas. Assim esses resultados mostram que a maior movimentação de cargas nos portos brasileiros ocorreu em terminais de uso privativo pertencentes às empresas privadas e às estatais, como é o caso dos terminais da Vale do Rio Doce que foi privatizada em maio de 1997, e da Petrobras, dentre outros. Os cinco maiores portos em termos de movimentação são: – Tubarão – Itaqui/Ponta da Madeira (Maranhão) – São Sebastião (São Paulo) – Santos (São Paulo) – Sepetiba (Rio de Janeiro) Os cinco portos movimentam cerca de 52% do total movimentado no país.
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Funções dos Portos – caráter geral – Comercial – De intercâmbio entre modos de transportes terrestres e marítimos – Marítima: como base do barco – De desenvolvimento regional
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Funções dos Portos – caráter mais específico – Atividade pesqueira – De recreação em portos desportivos 56
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De defesa nacional, bases da marinha
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Características específicas da atividade portuária: – Universalidade – Bem de caráter nacional ou supralocal – Competência – Incerteza – Evolução técnica – Serviço público
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Esquema geral: – Os elementos básicos do sistema portuário são as obras e instalações e seus serviços. – Do ponto de vista funcional as obras e instalações podem ser classificadas como: • Zona marítima • Zona terrestre
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Zona marítima – Obras de abrigo – Obras de acesso – Obras de fundeio – Zona de operação marítima
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Zona terrestre: – Zona de operação terrestre • Cais • Área de armazenagem – Zona de escoamento – Zona industrial
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Serviços portuários
Podem ser classificados de acordo com os usuários que os utilizam. – A embarcação • Praticagem • Manutenção • Atracação • Segurança •
Serviços portuários – A mercadoria: • Mão de obra para a sua operação • Alfândega • Vigilância Sanitária • Segurança • Serviços comerciais 57
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Serviços portuários – Transporte terrestre • Disponibilidade de acessos rodo-ferroviários • Reparação • Estações de serviço – Outros serviços • Seguros • Bancos • Comunicação e transmissão de dados.
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Classificação dos portos segundo as condições físicas de abrigo: – Portos costeiros • Protegidos artificialmente: Suape, Fortaleza • Protegidos naturalmente : Rio de Janeiro, Vitoria – Portos de interiores: Rotterdam (Holanda) – Terminais de carregamento livre: Estão situados em mar aberto e não possuem obras de abrigo
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Áreas e portos industriais: – Fatores que geram esta atração: • Disponibilidade de matérias primas • Possibilidade de utilização da água do mar em grandes volumes sobretudo para refrigeração • Utilização do mar como poderoso meio dispersante de contaminação.
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As condições para reunir uma zona litoral para o assentamento de uma zona industrial pode agrupar-se três tipos diferentes: – Tipo físico • Superfície terrestre mínima • Condições topográficas • Condições oceanográficas
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Tipo ambiental: – Condições meteorológicas favoráveis – Vulnerabilidade do ecossistema entorno Tipo social: – Condições adequadas de suporte humano – Necessidade de infraestrutura de transporte aéreo e terrestre – Capacidade favorável para a criação de núcleos urbanos.
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A análise das zonas industriais pode ser abordada por dois caminhos: – Do ponto de vista do setor industrial que se quer localizar • Qual a localização ótima para uma nova siderúrgica? – Do ponto de vista da região geográfica que se quer desenvolver 58
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Quais tipos de indústrias podem ser assentadas na região em estudo?
Os usuários fundamentais do Porto: – O passageiro ou a mercadoria – A embarcação – O transporte terrestre A mercadoria
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A mercadoria pode ser: – De alto valor agregado, carga geral: • Heterogeneidade • Facilidade de deterioração • Grande irregularidade – De baixo valor agregado, granéis: • Homogeneidade • Regularidade • Dificilmente deteriorável
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Antigamente, o único transporte marítimo habitual era a carga geral. – Embalagens de formas diversas – Manipulação lenta das cargas mas satisfazia todo o mundo A pressão econômica resultante da Segunda Guerra Mundial, revelou que o modo de transporte de carga geral passou a ser insuficiente.
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Cargas Diversas •
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Tipos de Carga – Carga Geral: alto custo unitário • Podem estar em envolucros (sacos ou outro tipo de acondicionamento • Container – Granéis: baixo Custo unitário • Sólidos (soja, milho, minério...) • Líquidos (petróleo...) – Liquefeitos (GLP) Unitização e Multimodalidade – Conteiners A Operação Portuária
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A movimentação de passageiros ou a movimentação ou armazenamento de cargas destinadas ou provenientes de transporte aquaviário realizado por operadores portuários 59
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O conjunto de todas as operações necessárias para realizar a passagem da mercadoria desde o transporte marítimo até o transporte terrestre e vice-versa. A operação portuária deve buscar a maior eficiência e eficácia – As instalações e serviços portuários devem ser adequados para obter o resultado mais econômico. Operação Principal: – O movimento próprio da mercadoria • Carga • Descarga • Armazenagem • Liberação Algumas Operações Complementares • Identificação da mercadoria • Despachos aduaneiros • Reconhecimento de avarias • Sistemas de informação Determinação das características da operação
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Coordenar os três usuários principais do porto: a carga, o navio e o transporte terrestre. – Que tipo de carga se trata? – A carga será importada ou exportada? – Seu destino: • Para só um recebedor ou para vários? • Para um só porto ou mais de um? – Que tipo de navio será operado? – Quando chega o navio? – Com que meios de entrada e escoamento terrestre serão disponíveis? Equipamentos da operação portuária
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Pode-se estabelecer a seguinte classificação: – Operações de carga geral – Cargas unitizadas – Granéis sólidos – Granéis líquidos Movimentação de Carga e Armazenamento
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O Arranjo do terminal portuário é condicionado pelo tipo de carga que irá movimentar e armazenar – Terminais de Carga Geral 60
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– Terminais de Contêineres – Terminais de Granéis Sólidos – Terminais de Granéis Líquidos ou Liquefeitos Terminais de carga geral necessitam de estruturas mais robustas e ligadas à terra que terminais de granéis líquidos.
Capacidade de Armazenamento e Transporte • • • • •
Porto como elo de uma cadeia logística: Porto e a hinterlândia Compatibilização fluxo aquaviária e terrestre (rodoviário e ferroviário) Centro integrado de operações Dimensionamento do número de berços (teoria das filas) Armazenamento de Granéis (dimensionamento) Operações com cargas unitizadas
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Por elevação (lift/on – lift/off) Por rolamento (roll on – roll off) Por flutuação
Estudo de Viabilidade Os Estudos de Viabilidade relativos a projetos de Arrendamentos de Áreas e Instalações Portuárias apresentados à ANTAQ para análise deverão estar estritamente de acordo com as disposições da Lei nº 8.630/93, e em especial do Decreto nº 4.391/02 e da Resolução nº 055ANTAQ, de 16/12/2002. O Projeto de Arrendamento deverá ser elaborado considerando que sua implantação terá dois beneficiários diretos:
A Autoridade Portuária
O Futuro Arrendatário
Um princípio a ser observado é que o Projeto de Arrendamento é de responsabilidade da Autoridade Portuária, haja vista ser ela a gestora das instalações na área do porto organizado. O processo inicia-se com o pedido do interessado no arrendamento, nos termos do Art. 4 da Lei nº 8.630/93 e deve ser endereçado à Autoridade Portuária com uma justificativa do pedido, contendo as linhas gerais do futuro projeto. Poderá também ser de iniciativa da própria Autoridade Portuária, pelo conhecimento do potencial econômico de suas áreas definidas no Plano de Desenvolvimento e Zoneamento (PDZ) e Programa de Arrendamento (PA) do porto. 61
Aceito o pleito, deverá a Autoridade Portuária realizar Estudo de Viabilidade para o empreendimento em consonância com o Decreto nº 4.391/02 e a Norma sobre Arrendamento de Áreas e Instalações Portuárias, aprovada pela Resolução nº 055-ANTAQ, de 16/12/2002, alterada pelas Resoluções nº 126/03-ANTAQ, nº 238/04-ANTAQ e nº 265/04-ANTAQ. A Autoridade Portuária poderá valer-se de consultas públicas, como a Audiência Pública, para obter dados acerca do projeto, tirar dúvidas ou confrontar informações com o público alvo. No entanto, de acordo com o Art 11, § 1º da Resolução nº 055-ANTAQ, de 16/12/2002, caso se verifique a hipótese prevista no Art 39 da Lei nº 8.666/93, o processo licitatório deverá ser precedido de Audiência Pública na qual será divulgado o Termo de Referência. Conforme o citado Decreto e a Norma de Arrendamento, há de se elaborar o Estudo de Viabilidade sob a ótica Econômica, Financeira e Ambiental. Além do Estudo, são peças do Projeto de Arrendamento o Termo de Referência, Edital e Minuta de Contrato.
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11. Gestão Ambiental A atividade aquaviária é tida como potencialmente poluidora, tendo em vista os impactos por ela provocados (potencialmente ou efetivamente), no caso tanto pela embarcação como pelo porto e demais instalações. Esse cuidado é justificado pelo fato dela ocorrer em ambientes de considerável valor ambiental, como baias, lagos, rios, mares, oceanos, etc, recursos naturais dos quais usufrui e os quais modifica. Adequação da Atividade Aquaviária aos Requisitos Ambientais Por ser potencialmente poluidora, a atividade portuária necessita passar por um processo de habilitação ambiental em função da legislação aplicável, licenciamento, em que são verificados os seus potenciais danos ao meio ambiente como um todo. Caso os seus impactos sejam significativos, ela tem que ser objeto de um estudo de impacto ambiental. Esses estudos determinam quais impactos acontecem, onde ocorrem e com que magnitude eles se dão. No caso das embarcações, a abordagem é um pouco diferente. Muito embora fosse a legislação ambiental aplicável bem mais antiga, somente em 1998 é que foi dada a devida atenção para esse Subsetor, ao se editar naquele ano a Agenda Ambiental Portuária, no âmbito da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar – CIRM, voltada para adequá-la a padrões aceitáveis de qualidade ambiental. Um pouco antes, com o advento da Lei n° 8.630/1993, conhecida como "Lei de Modernização dos Portos", ações voltadas para a Saúde e Segurança Ocupacional deixaram de ser tratadas isoladamente em relação as ações ambientais, sendo imprescindíveis para se constituir um ambiente de trabalho hígido e produtivo. São elas de prevenção a acidentes e de proteção do trabalhador, bem como a promoção, recuperação e reabilitação de sua saúde. Hoje, as questões ambientais são vistas de modo integral, tratando conjuntamente os ambientes naturais e antrópicos. Verificados os impactos de suas atividades e procedida a sua habilitação, ficam os agentes portuários obrigados a implantar um processo de gestão, segundo as interferências contabilizadas, de modo a se obter a melhor qualidade ambiental possível. Em função de uma maior conscientização das questões ambientais de um modo geral, principalmente em razão do fenômeno das mudanças climáticas, hoje está adequadamente consolidada a responsabilidade dos portos organizados e demais instalações portuárias em implementar um Sistema Integrado de Gestão Ambiental (SIGA) que seja compatível com os padrões internacionais de valorização do meio ambiente, nele, obviamente, inserido o elemento humano. A Gestão Ambiental é definida pela Resolução Conama nº 306/2002 como: "Condução, direção e controle do uso dos recursos naturais, dos riscos ambientais e das emissões para o meio ambiente, por intermédio da implementação do sistema de gestão ambiental". No processo de gestão ambiental, a Autoridade Portuária planeja e executa ações de valorização do meio ambiente, adotando medidas preventivas e de reversão de impactos ambientais provocados por 63
suas operações portuárias, otimizando do uso dos recursos naturais, promovendo o monitoramento e o controle ambiental da atividade, para citar algumas. A gestão ambiental é um processo contínuo e adaptativo, que se inicia no seio da própria organização, no momento em que ela define (e redefine) seus objetivos e metas, bem como implementa ações relativas à qualidade de seus produtos do ponto de vista ambiental (sustentabilidade). Esse processo inclui a satisfação dos clientes e da comunidade envolvida nesse processo, que tem como finalidade primordial a proteção dos recursos naturais e garantia de saúde e segurança ocupacional de seus empregados. Um compromisso dessa natureza deve ser materializado na organização, sejam elas companhias, corporações, firmas, empresas ou instituições, por meio de missões, políticas, planos e programas, além de práticas administrativas e operacionais, que resultem na eliminação ou minimização de impactos e danos ambientais decorrentes da implantação, operação, ampliação, realocação ou desativação de empreendimentos ou atividades, incluindo-se todas as fases do ciclo de vida do seu “produto”, no caso aquaviário, o transporte, trânsito e/ou processamento de cargas.
Impactos Ambientais É considerado impacto ambiental qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia, resultante das atividades humanas, que afete direta ou indiretamente a saúde, a segurança e o bem-estar da população, as atividades sociais e econômicas, a biota, as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente e a qualidade dos recursos ambientais. Empreendimentos portuários Os possíveis impactos ambientais da atividade portuária são decorrentes da execução de obras de abrigo e novas frentes de atracação, de dragagens de berços e canais de acesso, de derrocamentos, de aterros, de enrocamentos, de infra-estrutura de armazenagem, de edificações em geral, de acessos terrestres e outros, que, quando dimensionadas de forma inadequada, podem gerar alteração da linha de costa, supressão de vegetação, modificação no regime dos corpos d'água, agressão a ecossistemas e poluição dos recursos naturais. Operação portuária As operações de manuseio, transporte e armazenagem da carga, bem como os serviços de manutenção da infra-estrutura, o abastecimento e reparo de embarcações, máquinas, equipamentos e veículos em geral, podem, quando feitos de forma inadequada, gerar resíduos sólidos e líquidos, lançamento de efluentes em corpos d'água, poluição do ar, da água, do solo e do subsolo, perturbações diversas por trânsito de veículos pesados, alteração da paisagem e outros. 64
Navegação Os impactos oriundos de embarcações ocorrem em maior número nas proximidades dos portos e são decorrentes de: • Vazamentos, ruptura e transbordamento ou derramamentos de óleo durante a operação de abastecimento e transferência entre embarcações ou entre embarcação e terminal. As Convenções Internacionais SOLAS 74 (Convenção Internacional para a Salvaguarda da Vida Humana no Mar) e a Convenção MARPOL 73/78 (Convenção Internacional para a Prevenção da Poluição por Navios) dão ênfase à prevenção, com a implantação de diversas medidas nesse sentido. Em 1º de julho de 2010, a Diretoria de Portos e Costa da Marinha publicou a Portaria nº 32/DPC, que regra o abastecimento de embarcações. • Colisão, encalhes e vazamentos de embarcações que resultem em derramamento da carga ou de combustível; • Poluição do ar causada por combustão, ventilação da carga, resultante das operações com carga seca como cimento, grãos, minério e carvão; • Transferência de organismos aquáticos nocivos e agentes patogênicos, por meio da água de lastro e incrustações no casco e • Efeitos de tintas tóxicas usadas nas embarcações. Outros agentes causadores de impactos pela embarcação: • Óleos e resíduos oleosos; • Substâncias nocivas a granel; • Esgotos sanitários e • Lixo. Conformidades ambientais Os instrumentos de gestão são constituídos basicamente pelas conformidades ambientais, estabelecidas na legislação em vigor, delineadas no processo licenciamento e por outros acrescidos a esse.
Licenciamento Ambiental Principal instrumento da Política Nacional de Meio Ambiente – PNMA, o Licenciamento habilita o empreendedor a desempenhar suas atividades ao mesmo tempo em que impõe o atendimento a uma série de requisitos ambientais, que deverão compor um Sistema Integrado de Gestão Ambiental, que deve englobar a saúde e a segurança do trabalhador portuário (vide Portarias nº 104 e 414 da Secretaria Especial de Portos - SEP). 65
O licenciamento ambiental é o dispositivo legal capaz de garantir ao empreendedor o reconhecimento público de que suas atividades estão sendo desenvolvidas em conformidade com a legislação ambiental e em observância à qualidade ambiental. No licenciamento portuário, considera-se de forma diferenciada as atividades já existentes e os novos empreendimentos. Os primeiros obterão apenas a Licença de Operação - LO, enquanto que os demais serão objeto de licenciamento pleno. Toda atividade econômica que cause significativo impacto no meio ambiente deve ser submetida ao licenciamento ambiental independente de outras autorizações exigidas por lei. A Resolução 237/97 do Conama prevê a atividade portuária como sujeita ao licenciamento ambiental. Nesse contexto, em 2002, o Grupo Executivo para Modernização dos Portos (GEMPO) elaborou o Manual de Licenciamento Ambiental de Portos com a participação da ANTAQ, do Ministério do Meio Ambiente, da Marinha do Brasil, da ANVISA, do DNIT, da Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente (FEEMA-RJ) e da Fundação Estadual de Proteção Ambiental (FEPAM-RS). Após cinco meses de trabalho, esse grupo preparou uma Minuta do Manual, que foi encaminhada à Casa Civil da Presidência da República, para encaminhamento, em grau de urgência, para o CONAMA, para apreciação e aprovação. Os instrumentos a seguir fazem parte do processo de licenciamento das atividades portuárias. Avaliação Ambiental Estratégica - AAE Instrumento estratégico da Política Nacional de Meio Ambiente, apropriado também para Planos e Programas, a AAE é constituída por um conjunto de procedimentos capaz de assegurar a adoção da melhor opção por meio da avaliação prévia e sistemática dos impactos ambientais de uma ação proposta, considerando alternativas, e que os resultados sejam apresentados de forma adequada ao público e aos responsáveis pela tomada de decisão, devendo ser por eles considerados. Estudo Prévio de Impacto Ambiental - EIA e Relatório de Impacto Ambiental - RIMA Para o licenciamento de ações e atividades modificadoras do meio ambiente com impactos significativos, a legislação prevê a elaboração pelo empreendedor do Estudo de Impacto Ambiental - EIA e o respectivo Relatório de Impacto Ambiental - RIMA, a serem apresentados para a obtenção da Licença Prévia. Conforme estabelecido pela Resolução CONAMA no 237/97, artigo 3º, parágrafo único, cabe ao órgão ambiental competente verificar o potencial de degradação do meio ambiente, definindo os estudos ambientais pertinentes ao respectivo processo de licenciamento de uma atividade ou empreendimento. A Resolução CONAMA no 237/97 determina, ainda, que "os estudos necessários ao processo de licenciamento deverão ser realizados por profissionais legalmente habilitados, às expensas do empreendedor", e que "o empreendedor e os profissionais que subscrevem os estudos previstos no caput deste artigo, serão responsáveis pelas informações apresentadas, sujeitando-se às sanções administrativas, civis e penais" (artigo 11 e Parágrafo Único). 66
Plano de Controle Ambiental - PCA Foi introduzido para concessão de Licença de Instalação de atividade de extração mineral das Classes I, III, IV, V, VI, VII, VIII e IX, previstas no Decreto-Lei no 227/67 e detalhadas nas Resoluções CONAMA nº 009/90 e nº 010/90. É outro instrumento importante para a gestão ambiental. Deve conter projetos executivos que o sustente, voltados para a minimização dos impactos ambientais avaliados no EIA/RIMA e condicionantes para a obtenção da Licença Prévia. O PCA tem sido exigido também por alguns órgãos de meio ambiente para outros tipos de atividades. Plano de Recuperação de Áreas Degradadas - PRAD Este Plano é adequado às atividade existentes, nas quais se busca recuperar os ambientes degradados. Pode, portanto, ser solicitado no momento da regularização de obras não licenciadas, agregado ao Plano de Controle Ambiental, para emissão da Licença de Instalação ou Licença de Operação. Foi concebido para a recomposição de áreas degradadas por atividades de mineração. É elaborado de acordo com as diretrizes fixadas pela NBR 13.030, da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, e por outras normas correlatas. Tem sido usual sua inclusão entre outras medidas de controle ambiental definidas no âmbito do EIA, como no caso de empreendimentos, cujas obras demandem materiais de empréstimo e bota-foras para destino de rejeitos e excedentes de materiais de construção. Relatório Ambiental Simplificado - RAS Frente à necessidade de se estabelecer procedimentos simplificados para o licenciamento ambiental dos empreendimentos com impacto ambiental de pequeno porte, necessários ao incremento da oferta de energia elétrica, e em atendimento à Medida Provisória nº 2.152, de 1º de junho de 2001, o CONAMA estabeleceu o Relatório Ambiental Simplificado - RAS por meio da Resolução nº 279/01 para usinas hidrelétricas e sistemas associados, usinas termelétricas e sistemas associados, sistemas de transmissão de energia elétrica (linhas de transmissão e subestações), para usinas eólicas e outras fontes alternativas de energia. Tal orientação aplica-se somente a empreendimentos com impacto ambiental de pequeno porte, mediante definição do órgão ambiental competente, fundamentada em parecer técnico. O Relatório Ambiental Simplificado compõe-se dos estudos relativos aos aspectos ambientais concernentes à localização, instalação, operação e ampliação de uma atividade ou empreendimento, apresentados como subsídios para a concessão da Licença Prévia, contendo as informações relativas ao diagnóstico ambiental da região de inserção do empreendimento, sua caracterização, a identificação dos impactos ambientais e das medidas de controle pertinentes.
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Termo de Ajuste de Conduta - TAC Os empreendimentos em situação de não conformidade em relação ao licenciamento ambiental têm sua habilitação condicionada a celebração de um Termo de Ajuste de Conduta - TAC, instrumento normatizado por meio da MP nº 2163-41/01, que acrescentou dispositivo nesse sentido à Lei nº 9.605/98. A regularização se dá na forma de um compromisso celebrado entre o órgão ambiental licenciador e o empreendedor. Uma vez assinado o TAC, o órgão licenciador emitirá a LO, estabelecendo as condicionantes de sua validade e os prazos correspondentes à promoção pelo empreendedor das necessárias correções de suas atividades no que diz respeito ao atendimento das exigências impostas pela legislação, observada pelas autoridades ambientais competentes. O TAC incluirá as multas que poderão ser aplicadas à entidade compromissada e os casos de rescisão pelo não cumprimento das obrigações nele pactuadas. O prazo de vigência do compromisso poderá variar entre o mínimo de 90 (noventa) dias e o máximo de 3 (três) anos, com possibilidade de prorrogação por igual período. Análise de Riscos Desde a publicação da Resolução CONAMA nº 001/86, que instituiu a necessidade de realização do EIA e do respectivo RIMA para o licenciamento de atividades substancialmente modificadoras do meio ambiente, o Estudo de Análise de Riscos passou a ser incorporado nesse processo para determinados tipos de empreendimentos, de modo que, além dos aspectos relacionados com a poluição, a prevenção de acidentes operacionais também fosse contemplada no processo de licenciamento. A Análise de Risco é utilizada para avaliar tanto a implementação quanto a operação de uma atividade ou empreendimento no que se refere aos perigos envolvendo a operação com produtos perigosos (químicos tóxicos, inflamáveis ou explosivos). Em projetos, ela é usada para avaliar modelos de dispersão de poluentes, de manejo de produtos potencialmente perigosos e simular, previamente à implantação da atividade, as possíveis conseqüências de sua futura operação da instalação para a população da sua área de implementação e para a qualidade ambiental. Em empreendimentos ou atividades em operação, é utilizada para avaliar os perigos envolvendo tanto a emissão de poluentes, resultantes dos processos utilizados pela instalação, quanto o manejo de produtos perigosos e suas conseqüências na ocorrência de eventuais acidentes, seja para o público interno (funcionários) quanto para o público externo ao empreendimento. A metodologia da Análise de Riscos baseia-se no princípio de que o risco de uma instalação industrial para a comunidade e para o meio ambiente circunvizinho e externo aos limites do empreendimento, está diretamente associado às características das substâncias químicas manipuladas, suas respectivas quantidades e à vulnerabilidade da região onde a instalação está ou será localizada. 68
Os fatores que influenciam os estudos de Análise de Riscos são: Periculosidade das Substâncias, Quantidade das Substâncias e Vulnerabilidade da Região. Os estudos, em geral, apresentam o seguinte conteúdo: caracterização do empreendimento e da região; • Identificação de perigos e consolidação dos cenários acidentais; • Estimativa dos efeitos físicos e análise de vulnerabilidade; • Estimativa de freqüências; • Estimativa e avaliação de riscos; • Gerenciamento de riscos; • Conclusões. As recomendações e medidas resultantes do estudo de análise e avaliação de riscos, para a redução das freqüências e conseqüências de eventuais acidentes, devem ser consideradas como partes integrantes do processo de gerenciamento de riscos; entretanto, independentemente da adoção dessas medidas, uma instalação que possua substâncias ou processos perigosos deve ser operada e mantida, ao longo de sua vida útil, dentro de padrões considerados toleráveis, razão pela qual um Programa de Gerenciamento de Riscos - PGR deve ser implementado e considerado nas atividades, rotineiras ou não, de uma planta industrial. Embora as ações previstas no PGR devam contemplar todas as operações e equipamentos, o programa deve considerar ainda os aspectos críticos identificados no Estudo de Análise de Riscos, de forma que sejam priorizadas as ações de gerenciamento dos riscos, a partir de critérios estabelecidos com base nos cenários de maior relevância. Usualmente o PGR, contempla: • Informações de segurança do processo; • Procedimentos operacionais; • Capacitação de recursos humanos; • Investigação de acidentes; • Plano de Ação de Emergência - PAE; • Auditorias; • Relatórios; • Comunicação de risco, entre outras.
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Gerenciamento de Resíduos A Lei 9.966/2000, também conhecida como Lei do Óleo, em consonância com a Convenção MARPOL da IMO, estabelece que todo porto organizado deve dispor obrigatoriamente de instalações ou meios adequados para o recebimento e o tratamento dos diversos tipos de resíduos e para o combate da poluição (art. 5°). Isto significa dizer que o porto deve gerenciar os resíduos produzidos por ele ou provenientes das embarcações, a partir do seu segregamento adequado até a sua destinação final. Cada tipo de resíduo deve ter destinação própria, como aterro sanitário, ser tratado, por autoclavagem ou incineração, dentre outros procedimentos cabíveis, conforme a legislação específica e órgãos competentes. Além disso, todo resíduo proveniente de área portuária deve ser coletado por empresas com licença ambiental expedida pelo órgão ambiental competente, quando exigível, cadastradas na ANVISA ou outra autoridade reguladora ou fiscalizadora. Os resíduos na atividade portuária podem ser divididos em: gerados pelas embarcações, como rejeitos sanitários, resíduo oleoso, resíduos de saúde, proveniente das enfermarias e gerados nas instalações portuárias, como rejeitos sanitários, resíduos oleosos provenientes de atendimento a vazamento (material absorvente contaminado) ou de oficinas de manutenção de equipamentos, localizadas dentro da área do porto, resíduos de saúde, material de escritório, de varrição, com sobras da operação de carga/descarga, entre outros. No caso do lixo gerado a bordo, esse deve ser anotado no Livro de Registro de Bordo (Garbage Record Book) que deve ser entregue à Administração do Porto. Recentemente, a Anvisa publicou a RDC 56/2008, em complemento e modificação a RDC 217/01, que dispõe sobre o Regulamento Técnico de Boas Práticas Sanitárias no Gerenciamento de Resíduos Sólidos nas áreas de portos, aeroportos, passagens de fronteiras e recintos alfandegados. Esta norma disciplina os procedimentos a serem adotados no gerenciamento dos resíduos sólidos nos portos. Recentemente, o Governo Federal publicou um Decreto que regra a Política Nacional de Resíduos Sólidos, editada pela Lei nº 12.305/2010, de diretrizes para a gestão integrada e gerenciamento de resíduos sólidos.
Auditoria Ambiental A auditoria ambiental é um instrumento que permite avaliar o grau de implementação e a eficiência dos planos e programas de controle da poluição ambiental. No setor portuário, a auditoria ambiental é compulsória, derivando de obrigação legal, conforme disposto no art. 9° da Lei 9.966/2000.
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A Resolução Conama 306/2002 estabelece os requisitos mínimos e o termo de referência para a realização de auditorias ambientais, que objetivam avaliar os sistemas de gestão e controle ambiental nas instalações portuárias.
Plano de Emergência Individual (PEI) Previsto no art. 7° da Lei n°9.966/00, o PEI é um instrumento de prevenção e combate a poluição por óleo e substâncias nocivas ou perigosas. Esse Plano deve ser submetido à aprovação do órgão ambiental competente. A Resolução Conama nº 398, de 11 de junho de 2008, que revisou a 293/2001, dispõe sobre o conteúdo mínimo do PEI para incidentes de poluição por óleo em águas sob jurisdição nacional, originados em portos organizados, instalações portuárias, terminais, dutos, sondas terrestres, plataformas e suas instalações de apoio, refinarias, estaleiros, marinas, clubes náuticos e instalações similares, e orienta a sua elaboração.
Manual de Procedimento Interno para Gerenciamento de Riscos de Poluição De acordo com a Lei 9.966/2000, os portos devem elaborar um manual de procedimento interno para o gerenciamento dos riscos de poluição, bem como para a gestão dos diversos resíduos gerados ou provenientes das atividades de movimentação e armazenamento de óleo e substâncias nocivas ou perigosas (art. 6°). De acordo com a Lei 9.966/2000, esses manuais devem ser elaborados pelos portos e aprovados pelo órgão ambiental competente, em conformidade com a legislação, normas e diretrizes técnicas vigentes.
Núcleo Ambiental Constante da Agenda Ambiental Portuária, promulgada pela Resolução CIRM 006 de 02 de dezembro de 1998, os portos organizados e demais instalações portuárias deverão constituir núcleos ambientais para, e, a partir deles, internalizarem as conformidades ambientais. Esses núcleos deverão estar adequadamente constituídos em consonância com a escala e forma de atividade que praticam, sendo capazes de gerenciar o sistema de gestão a ser implantado. O Núcleo Ambiental foi em 2009 formatado pela Portaria nº 104 da Secretaria Especial de Portos e hoje é denominado Setor de Gestão Ambiental – SGA.
Saúde e Segurança Ocupacional nos Ambientes Portuários A parte da saúde e segurança do trabalhador portuário é uma parte da gestão ambiental que deve estar integrada à gestão dos recursos naturais. Essa integração faz parte da racionalidade da 71
gestão, situação em que se otimizam os recursos e se obtém os resultados da gestão propriamente ditos. Todos os portos organizados devem dispor de uma Unidade de Engenharia de Segurança, integrada à Unidade Ambiental, cujo dimensionamento mínimo deve estar de acordo com o constante do Quadro I da NR-29/MTE, levando-se em conta a formação, a qualificação e a dedicação laboral (integral ou parcial) daqueles profissionais, de forma a acompanhar e a monitorar o cumprimento das conformidades exigidas pela legislação em vigor. As principais conformidades de segurança ocupacional são descritas a seguir: Análise Preliminar de Riscos (APR) Tem por objetivo a identificação dos riscos e impactos potenciais relacionados com as atividades portuárias, bem como apontar ações para eliminação ou controle desses riscos. Programa de Prevenção de Riscos Ambientais (PPRA) A NR-9/MTE estabelece a obrigatoriedade de elaboração e implementação do PPRA, devido à necessidade de medidas de prevenção quanto à saúde e à integridade do trabalhador portuário, sendo de suma importância a avaliação acima descrita para os riscos ocupacionais que os locais de trabalho possam oferecer, independentemente do número de empregados. As ações do PPRA devem ser desenvolvidas no âmbito das instalações portuárias, tais como escritórios, armazéns, faixas de cais, pátios de contêineres, silos verticais e horizontais, sendo sua abrangência e profundidade dependentes das características dos riscos e das necessidades de controle. Plano de Controle de Emergência (PCE) O PCE tem por finalidade definir que estrutura operacional pode fazer frente às situações de emergência que ameacem o homem, o meio ambiente e o patrimônio portuário, como situações de incêndio e explosão, segurança nas operações portuárias, derramamento ou vazamento de produtos perigosos, poluição ou acidentes ambientais e socorro a acidentados. Plano de Ajuda Mútua (PAM) A diferença básica entre o PCE e o PAM se traduz no fato desse último ser um plano de ação conjunta de emergência, necessitando de um planejamento maior e em grande escala do que aqueles possíveis de serem controlados no âmbito do PCE.
Dragagem As obras de dragagem objetivam remover os sedimentos que se encontram no fundo do corpo d'água para permitir a passagem das embarcações, garantindo o acesso ao porto. Na maioria das vezes, a dragagem é necessária quando da implantação do porto, para o aumento da profundidade natural no canal de navegação, no cais de atracação e na bacia de evolução. Também é necessária 72
sua realização periodicamente para alcançar as profundidades que atendam o calado das embarcações. A Convenção sobre Prevenção da Poluição Marinha por Alijamento de Resíduos e outras Matérias, assinada em 1972, Convenção de Londres, e seu Protocolo de 1996, regulamentam a matéria. A Resolução Conama nº 344/04 estabelece as diretrizes gerais e os procedimentos mínimos para a avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras.
Água de lastro A água de lastro é colocada nos navios para lhes dar estabilidade, quando estão vazios ou pouco carregados. Essa água é captada pela embarcação em determinados ambientes e descarregada em outro, no todo ou em parte, para receber nova carga. O impacto resultante deste procedimento, inerente à operação da embarcação, é a transferência de espécies de uma determinada região do globo para outra. Quando a embarcação capta água em um porto específico, junto com ela podem vir diversos tipos de organismos, que serão descarregados juntamente com essa água no porto de destino. Esses organismos são completamente estranhos ao ecossistema onde foram despejados, as chamadas espécies exóticas ou invasoras, não naturais, portanto, estranhas àquele ambiente onde foram inseridas. A IMO adotou em 1997 as "Diretrizes para o Controle e Gerenciamento da Água de Lastro dos Navios para Minimizar a Transferência de Organismos Aquáticos Nocivos e Agentes Patogênicos", por meio da Resolução A.868(20). Essas Diretrizes objetivam auxiliar as autoridades relacionadas ao assunto no tratamento da questão da água de lastro. Em fevereiro de 2004, foi adotada, no âmbito da IMO, a Convenção Internacional para Controle e Gerenciamento da Água de Lastro e Sedimentos de Navios, que dispõe sobre a necessidade de se estabelecer um padrão de tratamento à bordo. Para entrar em vigor, essa Convenção precisa primeiramente ser ratificada por 30 países, representando 35% da frota mercante mundial. Porém, até o momento, apenas 17 países a internalizaram em seus ordenamentos jurídicos, o que corresponde a 15,35% da frota mundial. O Brasil assinou a Convenção em janeiro de 2005, mas ainda não a ratificou. No Brasil, a Lei 9.966/00, a NORMAM 20/2005 da DPC e a RDC 217/01 da Anvisa, tratam da questão da água de lastro
Cargas Perigosas Cargas perigosas são quaisquer cargas que, por serem explosivas, como os gases comprimidos ou liquefeitos, inflamáveis, oxidantes, venenosas, infecciosas, radioativas, corrosivas ou poluentes, possam representar riscos aos trabalhadores, as instalações físicas e ao meio ambiente em geral. 73
É pré-requisito essencial para a segurança do transporte e do manuseio de Cargas Perigosas a sua apropriada identificação, acondicionamento, etiquetagem, empacotamento e documentação. Isso se aplica à operações na área do porto propriamente dita ou nas áreas de jurisdição do mesmo. De acordo com o art. 23 da lei 10.233/01, constituem a esfera de atuação da ANTAQ o transporte aquaviário de cargas especiais e perigosas. O art. 27 da mesma lei estabelece que cabe à ANTAQ estabelecer padrões e normas técnicas relativos às operações de transporte aquaviário de cargas especiais e perigosas. Diversos regulamentos nacionais e internacionais tratam do disciplinamento referentes às classes, operações de armazenagem, manuseio e transporte de cargas perigosas nas instalações portuárias, entre os quais: IMDG Code (International Maritime Dangerous Goods), o documento atualizado da IMO "Revision of the Recommendations on the Safe Transport of Dangerous Cargoes and Related Activities in Port Areas", a NBR 14253/98 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a Norma Regulamentadora 29 (NR - 29) do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE).
Governança Ambiental A regulação ambiental portuária utiliza-se de princípios universais. A não observância desses princípios onera a sociedade, uma vez que há um dispêndio maior de esforços e recursos, pela ausência de uma abordagem lógica no tratamento do processo de regulação ambiental. Principais princípios ambientais • Sustentabilidade: O princípio da sustentabilidade, visa garantir que o uso dos recursos naturais no presente não venha afetar negativamente as futuras gerações. Trata-se de se constituir uma sociedade menos egoísta. • Prevenção: O princípio da Prevenção trata dos efeitos instantâneos e imediatos da agressão ambiental, eliminando ou reduzindo suas causas e conseqüências. • Precaução: O princípio da Precaução, caracteriza-se pela supressão ou cancelamento antecipado de uma ação que contemple risco de possível prejuízo ou dano ambiental. • Poluidor-pagador: O poluidor deve arcar com os custos das medidas adotadas para manter a qualidade ambiental, sem se afastar da prevenção. Esse princípio indica, desde logo, que o poluidor é obrigado a corrigir ou recuperar o ambiente, suportando os encargos daí resultantes, não lhe sendo permitido continuar a ação poluente. Além disso, aponta para a assunção, pelos agentes, das conseqüências para terceiros de sua ação, direta ou indireta, sobre os recursos naturais. Políticas Pela Constituição Federal todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado. Bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao Poder Público e à coletividade o dever de defendê-lo e preservá-lo para as presentes e futuras gerações. (Art. 225) 74
Políticas Nacionais Meio Ambiente: A Política Nacional de Meio Ambiente - PNMA objeto da Lei nº 6.938/81, estabelece a ação governamental por intermédio de instrumentos preventivos e corretivos, que são fundamentais para a manutenção do equilíbrio ecológico, proteção dos ecossistemas, controle das atividades potencial ou efetivamente poluidoras e recuperação das áreas degradadas. Portuária: A Política Nacional Portuária - PNP, objeto da Lei nº 8.630/93, estabelece a descentralização da atividade portuária, que é gerenciada por autoridades públicas ou privadas locais, exercida por prepostos da União na forma de arrendatários e operadores portuários, cabendo a todos atuar em respeito ao meio ambiente. Transportes: A Política Ambiental do Ministério dos Transportes tem como referência três princípios: 1. a viabilidade ambiental dos empreendimentos de transporte, 2. o respeito às necessidades de proteção ambiental e 3. a sustentabilidade ambiental dos transportes. Recursos Hídricos: A Política Nacional de Recursos Hídricos - PNRH, objeto da Lei nº 9.443/97, institui o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, destacando-se a integração da gestão das bacias hidrográficas com a dos sistemas estuarinos e zonas costeiras. Determina a utilização racional e integrada dos recursos hídricos, incluindo o transporte aquaviário, com vistas ao desenvolvimento sustentável. Recursos do Mar: A Política Nacional para os Recursos do Mar - PNRM, objeto de lei nº 7661/88, objetiva promover a integração do mar territorial e plataforma continental ao espaço brasileiro e a exploração racional dos oceanos, visando o desenvolvimento econômico e social do país e a segurança nacional. Instituiu o Grupo de Integração do Gerenciamento Costeiro -GI-GERCO, no âmbito da Comissão Interministerial para os Recursos do Mar - CIRM, com o objetivo de promover a articulação das ações federais incidentes na Zona Costeira, a partir do Plano Estadual (ou Municipal) de Gerenciamento Costeiro, obedecidas as normas legais e o Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro - PNGC. Resíduos Sólidos: Instituída pela Lei nº 12.305/10, define as diretrizes relativas a gestão integrada e ao gerenciamento de resíduos sólidos.
Agenda Ambiental Portuária Considerada um marco do subsetor portuário, a Agenda Ambiental Portuária foi concebida em 1998 pelo Grupo Integração do Gerenciamento Costeiro (GI-GERCO). Essa Agenda tem como foco a inter-relação dos ambientes costeiro e marinho, e, por isso, incorpora as diretrizes da Política Nacional do Meio Ambiente e da Política Nacional para os Recursos do Mar, além daquelas constantes no Plano Nacional do Gerenciamento Costeiro e nas Convenções Internacionais pertinentes ao assunto.
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A partir da aprovação da Agenda, iniciou-se a conciliação da atividade portuária com a preservação ambiental. Neste contexto, ela aparece como peça fundamental para a atuação da Autoridade Portuária como executora, coordenadora e asseguradora dos compromissos da atividade portuária com o meio ambiente. A Agenda Ambiental Portuária definiu treze ações, para serem executadas a partir de seis objetivos considerados estruturantes visando a adequação do subsetor portuário aos adequados parâmetros ambientais vigentes à época. Os seis objetivos definidos são: I. Promover o controle ambiental da atividade portuária; II. Inserir as atividades portuárias no âmbito do gerenciamento costeiro; III. Implementar unidades de gerenciamento ambiental nos portos organizados; IV. Implementar os setores de gerenciamento ambiental nas instalações portuárias fora do porto organizado; V. Regulamentar os procedimentos da operação portuária, adequando-os aos padrões ambientais; e VI. Capacitar recursos humanos para a gestão ambiental portuária.
Avaliação da Gestão Ambiental A Gerência de Meio Ambiente – GMA vem procedendo uma série de visitas aos portos organizados, junto às suas Administrações Portuárias, em conjunto com as Unidades Administrativas Regionais – UAR da ANTAQ, para avaliar a gestão ambiental por parte daquelas Administrações, responsáveis pelo trânsito de cargas que para eles, portos, se destinam. O objetivo é produzir um quadro do atual estágio da gestão ambiental naqueles ambientes. Essas visitas não têm um contexto de fiscalização, mas se destinam a conhecer o estado da arte da gestão ambiental portuária, apontar os seus pontos fortes e fracos e delinear medidas para o seu aprimoramento. Com essa finalidade, considerou-se três aspectos importantes; 1. Quais os instrumentos de gestão que estão implantados e os que não estão; 2. Como esses instrumentos deveriam estar sendo trabalhados e 3. Qual o caminho a seguir para se alcançar um melhor resultado da gestão ambiental (recomendações). A avaliação, portanto, aborda o atendimento pela atividade aos principais regulamentos vigentes, às conformidades deles decorrentes, aos dispositivos não compulsórios aplicáveis à atividade, como as agendas ambientais, assim como levantou outros aspectos importantes neste caso, como o grau de dificuldade dos portos em tratar seus instrumentos de gestão. Conclusivamente, ela busca delinear os caminhos para se avançar na gestão portuária. 76
Considerações finais A atividade portuária busca o atendimento às conformidades ambientais, desde o marco inicial desse processo em 1998, quando foi promulgada a Agenda Ambiental Portuária. Uma evolução nesse estágio de atendimento, até por força de lei, foi a obtenção da licença ambiental de operação por vários portos, junto ao órgão ambiental local ou IBAMA, pertencentes ao Sistema Nacional de Meio Ambiente - SISNAMA. Após o cumprimento dessa etapa de licenciamento ambiental, os portos com inadimplências devem acelerar a implantação dos instrumentos de gestão faltantes, como Planos de Gerenciamento Resíduos Sólidos – PGRS e de Emergência Individual - PEI, Auditoria Ambiental. para citar alguns. Para alcançar um novo estágio de conformidade, devem constituir Agendas Ambientais Local e Institucional. A maioria dos portos carece das Agendas Ambientais Locais e Institucionais. Elas devem nascer da iniciativa da Administração Portuária e envolver o máximo de agentes ambientais portuários, no primeiro caso, e das unidades da organização porto organizado, no segundo caso. Ambas as Agendas devem ser implantadas de modo a contribuir para que os portos venham a finalizar as conformidades ainda pendentes, contribuindo decisivamente para o alcance de metas e horizontes de qualidade ambiental. Um cuidado especial deve se dado ao licenciamento de dragagem. A resolução CONAMA no. 344 tratou com rigor os sedimentos contaminados, provenientes das dragagens, o que exige do Administrador Portuário ações de planejamento ambiental, de modo a dar continuidade a esses serviços, primordiais para a evolução e segurança dos portos. É uma resolução que precisa ser urgentemente aprimorada. Para que possam colaborar com esse aprimoramento, os portos devem constituir uma boa base de dados ecossocioambientais. As Administrações Portuárias devem buscar convênios com instituições técnicas e científicas com vistas a dar sustentação ao seu processo de gestão, em especial para a formulação da base de dados ecossocioeconômicos, necessária à gestão. É uma tarefa que não poderá ser executada pelo seu Núcleo Ambiental (sozinho), pois, pelos conhecimentos que essa matéria insere, significa possuir pessoal e instrumentos poucos disponíveis às Administrações Portuárias. Nesse contexto, a parceria com os órgãos ambientais para a melhoria da qualidade dos ambientes portuários deve ser buscada também na Agenda Ambiental Local. Os núcleos ambientais (SGA) precisam ser adequadamente constituídos, com diversidade e quantidade de profissionais adequadas. Esse é o principal ponto de sustentação da gestão. Há que se evoluir para um quadro mais amplo, segundo as demandas ambientais de cada porto. Por fim, mas não menos importante, as Administrações Portuárias devem trabalhar o planejamento ambiental na expansão da sua atividade, dotando o Plano de Desenvolvimento e Zoneamento – PDZ de estudos ambientais, minimamente o inventário dos recursos naturais utilizados pelo porto, com suas restrições de uso, vulnerabilidades e potenciais passivos. Também devem ser considerados os aspectos socioeconômicos relevantes no planejamento dos ambientes portuários. Esses estudos formam a base de dados ambientais ecossocioambientais a 77
serem utilizados pelos técnicos do Setor de Gestão Ambiental - SGA no planejamento e controle da atividade. Cabe à Autoridade Portuária exercer o seu papel de coordenadora e asseguradora dos compromissos de todos com o meio ambiente, em particular de executar a gestão ambiental de seu espaço. Cabe à ANTAQ produzir os principais parâmetros de formatação da “qualidade ambiental” dos ambientes portuários, como manuais de procedimentos da atividade com o viés ambiental, somando-se às conformidades existentes em lei. Além disso, a ANTAQ deverá fiscalizar a formatação dos ambientes portuários segundo padrões de qualidade ambiental. A seguir, apresenta-se uma síntese das ações a serem tomadas pelo conjunto de portos organizados para aprimoramento da sua gestão ambiental: 1. Conclusão do licenciamento ambiental por parte dos portos sem essa habilitação; 2. Complementação dos núcleos ambientais, ampliando e diversificando seu quadro de pessoal com técnicos das áreas de ciências naturais; 3. Conclusão das análises de riscos; Análise Preliminar de Riscos – APR e Programa de Prevenção de Riscos Ambientais – PPRA; 4. Finalização das conformidades de emergência, como Plano de Emergência Individual – PEI e Plano de Controle de Emergência – PCE; 5. Realização, sistematicamente, das auditorias ambientais de acordo com os dispositivos legais; 6. Elaboração e ampliação dos procedimentos gerenciais e operacionais para controle dos riscos de poluição; como o Manual de Procedimentos de Gerenciamento de Riscos de Poluição e, em especial, de manuseio de cargas perigosas ; 7. Criação de agendas ambientais locais e institucionais. 8. Celebração de convênios com instituições técnicas e científicas para formação de uma base de dados ecossocioeconômicos, relativa à atividade portuária; 9. Execução das agendas ambientais locais e institucionais; referentes ao Plano de Desenvolvimento e Zoneamento; 10. Elaboração dos estudos ambientais; 11. Instituição de indicadores de qualidade ambiental, sustentados por programas de 78
monitoramento; 12. Redução dos passivos ambientais; 13. Fortalecimento de consciência ambiental dos agentes portuários. 14. Valorização dos ambientes portuários e 15. Adoção da avaliação ambiental estratégica como instrumento de planejamento ambiental da atividade.
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