Estudo do comportamento de esforços em estacas de estruturas portuárias sob variações de altura de ondas e maré

Abstract

O Sistema Portuário Brasileiro tem origem nos primórdios da colonização do país, sendo um dos segmentos mais tradicionais da economia nacional. Para estruturas portuárias é de fundamental importância a obtenção de uma grande quantidade de informações, de variadas áreas da engenharia, para garantir uma solução eficaz para as demandas do complexo portuário. Este trabalho estuda os efeitos de ondas marítimas e variações de maré sobre as estruturas de fundações portuárias por meio de cálculos das forças horizontais e momentos fletores resultantes. A partir da definição de uma estrutura de cais de acostagem tipo com solução de paramento aberto (estacas expostas as ações de ondas) e uma estrutura tipo com solução de paramento fechado (estruturas de contenção vertical), foi feito um estudo em situações paramétricas analisando o efeito de cada parâmetro sobre o resultado final da força horizontal e do momento fletor. Estas estruturas tipo foram definidas a partir da análise de diferentes estruturas nacionais e internacionais. Para o estudo da estrutura de paramento aberto, observa-se um aumento do momento fletor atrelado à elevação do nível da água em repouso, mesmo com a força resultante sofrendo redução. Isto se deve à influência do nível de água no posicionamento de aplicação da força horizontal, podendo este ser o fator mais relevante. Também para estacas expostas, observa-se que para ondas com comprimento menores a parcela de inércia da onda é mais significante, entretanto, para comprimentos de onda maiores, a parcela de arraste passa a ser a causadora de força horizontal resultante mais notória. Já para estruturas de paramento fechado, a variação de maré é o fator mais relevante, podendo ser preocupante em casos de grandes variações. A partir das análises, pode-se concluir que os carregamentos causados pelas ondas são relevantes e variam principalmente a partir dos dados marítimos, devendo ser analisados para as particularidades de cada projeto.

The Brazilian Port System has its origins in the early colonization of the country, being one of the most traditional segments of the national economy. For port structures it is of fundamental importance to obtain a large amount of information, from various areas of engineering, to ensure an effective solution to the demands of the port complex. This work studies the effects of sea waves on the structures of harbor foundations through the calculation of horizontal forces and bending moments. From the definition of a model of a structure with an open face solution (piles exposed to wave actions) and a model structure with a closed face solution (vertical containment structures), a study was carried out in parametric situations analyzing the effect of each parameter on the final result of the horizontal force and the bending moment. These standard structures were defined based on the analysis of different national and international structures. For the study of the open facing structure, there is an increase in the bending moment linked to the rise in the water level at rest, even with the resulting force being reduced, this is due to the influence of the water level in the positioning of the horizontal force application, which may be the most relevant factor. Also for exposed piles, it is observed that for waves with shorter lengths the inertia portion of the wave is more significant, however, for longer wavelengths the drag portion becomes the most notorious cause of the resulting horizontal force. As for closed-face structures, the tidal variation is the most relevant factor, which can be of concern in cases of large variations. From the analysis, it can be concluded that the loadings caused by waves are relevant and vary mainly from maritime data, and should be analyzed for the particularities of each project.