1. Introdução

O estudo dos efeitos das obras longitudinais aderentes na faixa costeira tem sido frequentemente abordado pela co-munidade cientí!ca em geral (e.g. Toue & Wang, 1989; Tait & Griggs, 1990; Plant & Griggs, 1992; USACE, 1992; La-tham et al., 2006). Este tipo de estrutura de protecção cos-teira encontra-se disposta paralelamente à linha de costa e é comummente usada em todo o mundo, nomeadamente quando os aglomerados urbanos são ameaçados ou quan-do a linha de costa recua. A partir da análise geral deste tipo de obra e da investigação às suas consequências em termos morfológicos para a faixa costeira, constata-se que o conhecimento da dinâmica costeira e da erosão da linha de costa, é cada vez mais importante para uma gestão estra-tégica no ordenamento do território (Veloso Gomes, 2006; MAOTDR, 2008).Na costa portuguesa existem cerca de 290 estruturas de protecção costeira (dados do INAG, 2008). Mais de 70% destas estruturas são esporões e obras aderentes. Estas úl-timas, funcionam como revestimentos longitudinais e nor-malmente vêm associadas a campos de esporões.O dimensionamento de uma obra marítima em geral, de-termina que, ao longo da sua vida útil, sejam previstas ope-rações de manutenção e de reparação (Silva, 1996). Logo,

para que essas intervenções possam ser realizadas em tem-po útil e com o menor custo possível, torna-se necessário que a obra seja observada de uma forma sistemática. A rocha natural é muito usada em projectos de hidráulica e, geralmente, é seleccionada por apresentar, acima de tudo, vantagens económicas. No entanto, ao longo deste estudo vamos englobar todos os materiais numa classe que desig-naremos por geomateriais e que abrangem tanto os blocos naturais como os blocos arti!ciais (e.g., Dupray et al., 2003; Dupray, 2005; Latham et al., 2006).

2. Objectivos e enquadramento

Os objectivos gerais deste estudo são: i) apresentar uma metodologia de análise e de representação grá!ca para a cartogra!a de pormenor de obras de protecção costeira; ii) implementar uma metodologia para a inspecção sistemáti-ca das estruturas de defesa costeira, de modo a cartografar, caracterizar e de!nir a tipologia dos geomateriais; iii) ava-liar o estado de conservação das estruturas marítimas; iv) identi!car e propor áreas de intervenção na própria estru-tura recorrendo a uma base georreferenciada em ambiente SIG; v) criar um portfolio costeiro com os dados cartográ-!cos de pormenor e da inspecção visual.A obra aderente da Marinha serviu para exempli!car a me-

Metodologia de análise e representação grá!ca em SIG para avaliação do estado de deterioração de obras de protecção costeira: o caso da obra aderente da Marinha, EspinhoA. Pires1, A. Gomes2 & H. I. Chaminé1

1Laboratório de Cartogra!a e Geologia Aplicada (LABCARGA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto e Centro GeoBioTec (Grupo de Georrecursos, Geotecnia e Geomateriais) da Universidade de Aveiro; acpo@isep.ipp.pt; hic@isep.ipp.pt 2Departamento de Geogra!a, Faculdade de Letras da Universidade de Porto; albgomes@gmail.com

Resumo: A presente investigação pretende dar um contributo para a implementação de cartogra!a de pormenor de estruturas costeiras na região de Espinho (NW de Portugal). Utilizou-se uma abordagem multidisciplinar que incluiu um estudo dos geomateriais e a aplicação de tecnologias de Sistemas de Informação Geográ!ca (SIG). Foi dada especial atenção à caracterização geológico-geotécnica e geomecânica dos blocos constituintes das estruturas, assim como à avaliação do estado actual da estrutura em termos de deterioração. Deste modo, elaborou-se uma metodologia de cartogra!a aplicada a obras marítimas útil para programar intervenções, a curto/longo prazo, de obras de reparação e manutenção da estrutura. A obra aderente da Marinha situada num dos sectores de estudo do concelho de Espinho, foi o exemplo seleccionado para a representação grá!ca dos blocos super!ciais cartografados ao longo do manto resistente e aplicação da metodologia desenvolvida. Os resultados obtidos permitiram analisar a qualidade e durabilidade dos materiais constituintes da estrutura e propor um zonamento geotécnico da mesma. Este zonamento mostrou-se relevante para a de!nição futura de áreas pontuais de intervenção de modo economicamente rentável. A metodologia desenvolvida constitui ainda um contributo muito útil para o estudo eventual dos efeitos de estruturas marítimas na faixa costeira adjacente, permitindo aperfeiçoar o dimensionamento de uma obra deste tipo através da sua monitorização sistemática.

Abstract: "is work aims at contributing to the implementation of detailed cartography of coastal structures from Espinho region (NW Portugal). A multidisciplinary approach was used, which included geomaterials studies and application of the Geographic Information Systems technology. Emphasis was given to the geological, geotechnical and geomechanical characterisation of the block materials constituting the stud-ied structures and to the evaluation of their actual deterioration state, as well. "is approach allowed the development of a methodology for the applied cartography of maritime structures useful for short/long term planning of repair and maintenance works. "e Marinha seawall, situated in one of the study sectors of the Espinho city, was the case-study selected for the application of this methodology. "e quality and durability of the structure material was analysed and a geotechnical zonation was proposed. "is zonation is relevant for the future delimitation of de!ned interventions areas under sustainable economic bene!ts. "is approach also provides a useful method for the study of the e#ects of seawalls on the adjacent coastline, which help to improve their pro!le through systematic monitoring.

Palavras-chave: obra aderente; protecção costeira; cartogra!a aplicada; geomateriais; SIG Keywords: seawall; coastal protection; applied cartography; geomaterials; GIS

Publicações da Associação Portuguesa de Geomorfólogos, Volume VI, APGEOM, Braga, 2009, p. 225-230

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todologia aplicada neste sector do concelho de Espinho. A cidade de Espinho está situada na orla Atlântica (NW de Portugal), aproximadamente a 50 km a Norte de Avei-ro e 20 km a Sul do Porto. A área estudada localiza-se em frente ao Bairro da Marinha de Silvalde, sendo constituída por uma obra de defesa aderente com cerca de 400 metros de comprimento, construída para garantir a segurança do aglomerado urbano de Silvalde (Figura 1).Segundo o relatório elaborado pelo grupo de coordenação estratégica, promovido pelo MAOTDR (Veloso Gomes et al., 2006), esta área foi classi!cada como zona de risco elevado. Já em 1909 (devido aos estragos veri!cados pelas invasões do mar e de modo a evitar que a extensão dos da-nos fosse ainda maior) foi autorizado o início das obras de protecção costeira. Foi então decidido pela Inspecção Ge-ral dos Serviços Hidráulicos a construção de uma muralha assente em estacas, com a extensão de 354m na costa de Espinho, no entanto, como os trabalhos progrediam len-tamente, foi dada ordem para suspender a cravação dando origem a apenas 35m de muralha. Estas obras constituíram as primeiras obras de protecção costeira em Portugal (Mota Oliveira & Martins, 1991). Os temporais de Fevereiro de 1978 e 1979 provocaram o desaparecimento da praia de Espinho, o que levou a que, no início de 1980, se reformu-lasse todo o esquema de protecção no âmbito de um pro-jecto que englobava toda a costa desde Espinho até ao Cabo Mondego. Foi apenas em 1981 que foram iniciadas as obras para a defesa da costa marítima de Espinho (Dias et al., 1994). Em 1997, a Câmara Municipal de Espinho, iniciou o Programa de Reabilitação Urbana da Marinha de Silvalde que pôs em prática a requali!cação de toda a frente litoral. A intervenção na linha costeira, implicou a consolidação e o realinhamento de um esporão existente.

3. Materiais e métodos

Este trabalho baseou-se em diferentes técnicas e metodolo-gias: i) recomendações e terminologia do manual do uso de rochas em engenharia costeira (CIRIA/CUR, 1991; CIRIA et al., 2007) e a proposta de caracterização/avaliação geoló-gico-geotécnica de materiais rochosos da ISRM (1978a,b, 1981, 2007) e da GSE (1995); ii) aplicação de uma !cha geo-técnica de campo para o reconhecimento e inspecção visu-al dos blocos constituintes da estrutura (mais pormenores em Pires et al., 2006a; Pires, 2007; Pires & Chaminé, 2008); iii) imagens aéreas de alta resolução georreferenciadas; iv) base cartográ!ca implantada em suporte SIG, com mais de 4200 blocos vectorizados a partir da observação da camada mais super!cial da estrutura (manto resistente); v) técnica de amostragem linear para recolha de dados geológicos e/ou geotécnicos com a realização de 20 per!s compreenden-do segmentos de 20 metros (Figura 2); vi) monitorização sistemática (através de fotogra!as) para identi!cação do estado actual da estrutura em termos de movimentos de blocos e modi!cações no per!l da obra; vii) a determina-ção da resistência à compressão uniaxial do material rocha e dos blocos de betão, ao longo da estrutura, foi realizada recorrendo ao esclerómetro portátil (martelo de Schmidt) do tipo L e N, respectivamente. Esta metodologia foi pre-viamente abordada, de uma forma exploratória, em Pires

(2005, 2007) e apresentada a sua essência em Pires et al. (2006a) e em Pires & Chaminé (2007).

4. Resultados

4.1 A obra aderente da Marinha: resultados para os per!s 1 - 6 (120m)

4.1.1 Mapa de pormenor dos geomateriais

A metodologia desenvolvida e aplicada na estrutura de pro-tecção costeira da Marinha (Espinho) baseou-se, por um lado, na criação de uma !cha geotécnica (Pires, 2005, 2007; Pires et al., 2006a) aplicada ao reconhecimento e inspecção visual do material-rocha da estrutura e, por outro lado, na aquisição de imagens aéreas de alta resolução a partir de uma câmara digital pro!ssional. Ao longo do processo de aquisição recorreu-se a uma plataforma expedita instala-da numa aeronave tal como preconizada por Gonçalves e Piqueiro (2004). Para o presente estudo foi utilizado um avião Cessna C 172 XP, com imagens obtidas a altitudes de 900 e 350 metros e uma objectiva de 135 mm, a que corres-ponderá uma resolução no solo de 5 e 2 cm. A metodologia aplicada neste processo permitiu um maior rigor na geor-referenciação, sendo usados cerca de 12 pontos de controlo obtidos numa cartogra!a digital já existente com o Sistema de Coordenadas Hayford-Gauss referidas ao Ponto Central. Como sistema de recolha de dados no campo, recorreu-se a um GPS de alta precisão (Trimble Geoexplorer) do Labora-tório de Cartogra!a e Geologia Aplicada do ISEP, obtendo-se erros de georreferenciação para as imagens !nais, sem-pre inferiores a 30 cm. Esta técnica permitiu assim, uma cartogra!a de pormenor dos geomateriais constituintes da estrutura de protecção costeira complementando o reco-nhecimento e inspecção visual in situ. No quadro 1 estão sintetizadas as principais características e parâmetros re-gistados ao longo da camada mais super!cial da estrutura.A Figura 2 corresponde ao mapa dos geomateriais, naturais

Figura 1 – Localização do sector estudado; foto aérea da obra aderente e da estrutura de protecção costeira.

Pires, A., Gomes, A. & Chaminé, H. I.

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Metodologia de análise e representação grá!ca em SIG para avaliação do estado de deterioração de obras (...)

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Figura 2 – Mapa com a identi!cação dos materiais constituintes da estrutura (4252 blocos vectorizados e identi!cados ao longo de 120m - per!s 1 a 6 exempli!cados).

Quadro 1 – Geomateriais identi!cados na obra aderente da Marinha.

e arti!ciais, identi!cados ao longo da obra aderente. Para a execução deste mapa de base procedeu-se, numa primeira fase, à cartogra!a exaustiva e vectorização de 4.252 blo-cos, com base na fotogra!a orto-recti!cada de pormenor. Numa fase subsequente, foram elaboradas minutas de ter-reno para se identi!car e cartografar in situ estes geomate-riais, recorrendo à terminologia e procedimentos geológi-co-geotécnicos da ISRM (1978a,b, 1981), da GSE (1995) e da cartogra!a geológica clássica.

4.1.2 Avaliação geomecânica dos blocos constituintes

Relativamente à caracterização geomecânica dos geomate-rais naturais e arti!ciais ocorrentes na estrutura de protec-ção costeira foram efectuadas 139 estações geomecânicas ao longo dos 20 per!s de amostragem linear (com uma extensão de 20 m cada um), nos quais se efectuaram en-saios esclerométricos. Desta forma, foram determinados os valores de ressalto obtidos através do esclerómetro portátil, e foi realizada uma análise estatística, de modo a veri!car diferenças signi!cativas entre os ressaltos dos diferentes ti-pos de blocos.Na camada mais super!cial desta estrutura os blocos mais frequentes são os granitos biotíticos de grão médio (35.3%) e os gnaisses (29.5%). Os tetrápodos foram encontrados ocasionalmente (0.7%) ao longo do manto resistente e em muito mau estado de degradação, i.e., completamente par-tidos. Os blocos de micaxistos e os blocos com mistura de “betão+agregados”, encontram-se distribuídos ao longo da estrutura, representando um total de 26.6% dos blocos ana-

lisados. A análise de variância efectuada aos dados obtidos através do ensaio esclerométrico revelou a existência de di-ferenças estatisticamente signi!cativas entre a dureza dos diferentes tipos de blocos [F(4.133) = 21.1, p < 0.0001]. Os blocos de granito biotítico de grão médio a !no apresentam dureza média semelhante (61.7 ± 1.45, média ± EPM) aos de granito azul (58.5 ± 1.13) e aos de gnaisse (54.3 ± 1.95). Os blocos de micaxisto (36.6 ± 2.84) e os blocos com mistu-ra de betão + agregados (43.4 ± 2.00) apresentam também valores de ressalto semelhantes entre si, mas signi!cativa-mente inferiores aos valores de ressalto obtidos para os blo-cos de granitos e de gnaisse. Os resultados obtidos sugerem que os blocos de micaxisto e os blocos com mistura serão, em média, aproximadamente 30% menos resistentes do que os restantes blocos constituintes da estrutura.

4.1.3 Estado actual da estrutura

Posteriormente, foram cruzados todos os dados geotécni-cos e geomecânicos, assim como o grau de alteração/degra-dação e valores de ressalto. Deste modo, foi possível avaliar o estado actual da estrutura e do material de revestimento na camada mais super!cial e de!nir um zonamento para o exemplo apresentado dos per!s 1 a 6 com 120 m (Figu-ra 3, I). Na Figura 3 (II A) é proposto um esquema com o zonamento dos restantes 280 m da estrutura, com uma avaliação geral efectuada através de inspecção visual, so-bre o estado de degradação actual da estrutura (Figura 3, II B). No quadro 2 estão sintetizados todos os dados obtidos ao longo do trabalho de campo de modo a de!nir o zona-

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Pires, A., Gomes, A. & Chaminé, H. I.

Figura 3 – I: Zonamento para o manto resistente; uma proposta de síntese com a avaliação do estado actual da estrutura; II A: Esquema do zonamento proposto para as restantes partes da estrutura; II B: Avaliação geral do estado actual da obra aderente da Marinha: 1 e 2) Zonas de deposição de entulho e lixo; 3) Zona com predominância de micaxisto e com maior grau de deterioração (praticamente destruída); 4 e 5) Zonas com !ssuras ao longo da obra aderente e com elevado grau de deterioração, susceptível a desmoronar-se.

mento da estrutura, identi!cando-se assim, as partes cons-tituintes da estrutura mais ou menos susceptíveis que ne-cessitam de reparações. De notar que a zona com o maior grau de deterioração (elevado) é a zona que diz respeito à abundância de blocos arti!ciais, micaxistos e gnaisses, os quais, apresentam valores de ressalto menores (observar Figura 3, II A e II B).

4.2 Síntese de resultados e discussão

Os resultados obtidos na análise de valores de ressalto dos diferentes tipos de blocos sugerem que os granitos e os gnaisses são as rochas mais resistentes. Este aspecto pode-rá ser relevante, quer em termos construtivos quer de di-mensionamento de novas estruturas desta índole. Efectiva-mente, uma estrutura de protecção costeira está sujeita às acções marinhas, e a obra aderente da Marinha apresenta um maior grau de deterioração, as rochas supracitadas po-derão constituir a escolha mais adequada para aplicações futuras. É, igualmente, importante de salientar o estado de degradação em que se encontra a zona da Marinha e o es-tado da própria estrutura, quer em termos de deposição de lixo, ou até mesmo o desgaste natural da estrutura que vai desabando esporadicamente. Foram determinadas quatro zonas distintas em termos de grau de deterioração ao longo da estrutura que, como se pôde veri!car pelos resultados obtidos, vai aumentando à medida que seguimos para Sul. Este facto poderá estar relacionado com a presença aleató-ria de micaxistos, blocos arti!ciais completamente partidos ou à presença de lixo e entulho dispostos ao longo da zona Sul da obra aderente. Estes factores poderão fomentar uma maior susceptibilidade e originar alguns “focos” de degra-dação/destruição na estrutura devido a essa concentração de materiais menos resistentes. No entanto, apesar de apre-sentarem um valor de ressalto menor, a sua frequência to-tal na estrutura não é muito elevada e estão aleatoriamente distribuídos ao longo da mesma, não parecendo contribuir, decisivamente, para o estabelecimento de “focos” localiza-dos de deterioração muito severos, e que pode estar relacio-nado com a própria con!guração da praia e os problemas de erosão do passado.

5. Considerações !nais

Segundo Dias et al. (1994) as obras aderentes que foram sendo construídas em Espinho poderão ter inibido o de-senvolvimento de per!s de praia naturais, isto é, a praia submersa poderá ter adquirido um pendor mais forte com a possível destruição de eventuais barras arenosas que aí se formassem. O caso de Espinho é paradigmático, pois o historial apresentado revela que os problemas graves que aí existiram (e existem) advêm da implantação de um nú-cleo urbano importante numa zona de perigosidade muito elevada relativamente ao processo de erosão costeira (Dias et al., 1994; Pires et al., 2006b, 2007). Desta forma, as prin-cipais causas da erosão costeira que aí se fazem sentir cor-respondem às de!ciências na recarga sedimentar induzidas directa e indirectamente por variadas actividades antró-picas e, provavelmente, pelas próprias obras de protecção costeira (Dias et al., 1994).A aplicação desta metodologia permitiu uma avaliação do estado de conservação de uma estrutura aderente, permi-tindo desta forma avaliar o estado do revestimento dos blocos dos materiais que a constituem, determinando um zonamento do grau de deterioração na estrutura e, assim, de!nir áreas de distinta qualidade geotécnica dos blocos do revestimento da estrutura. Os principais resultados da cartogra!a implementada numa base SIG, e da avaliação do grau de deterioração da obra, mostram a necessidade e a importância deste tipo de abordagem na ponderação de decisões para futuras intervenções, em termos de obras de reparação ou de manutenção. Atendendo a que este é um estudo preliminar, centrado apenas na avaliação de uma estrutura, é fundamental a con!rmação destes resultados num estudo mais aprofundado que inclua um maior núme-ro de estruturas e, eventualmente, outros tipos de rochas, com vista à sua aplicação de forma economicamente bené-!ca. Como tal, este estudo encontra-se em desenvolvimen-to para o NW de Portugal, de modo a fornecer informação detalhada sobre o tipo de litologia usada, as propriedades do material mais apropriado para os requisitos ao longo do dimensionamento, e testes aplicados para avaliação da qua-lidade e durabilidade dos materiais antes e durante a obra. Nesta linha de pensamento, recordamos Dias et al. (1994)

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Metodologia de análise e representação grá!ca em SIG para avaliação do estado de deterioração de obras (...)

Quadro 2 – Síntese dos dados geomecânicos para o zonamento da estrutura: valores obtidos para 139 estações geomecânicas segundos os per!s de amos-tragem linear (20 per!s realizados ao longo de 400m da estrutura).

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que salientam a importância da previsão de reforços/repa-rações, com período médio de 25 anos. É importante refe-rir que, para além desta abordagem, o estudo dos efeitos de uma obra aderente nas praias adjacentes passa também por analisar a evolução da linha de costa ao longo dos tempos, a sua variação volumétrica e taxas de erosão. Essa modelação poderá ser mais acessível com a integração destes dados numa base SIG.

São devidos agradecimentos a F. Santiago Miranda (APDL) e a A. Mota Freitas (SOMAGUE) pela partilha de informações sobre o campo de esporões de Espinho. Gratos a Francisco Pi-queiro (FEUP) pela aquisição de imagens aéreas de alta resolução para este estudo. Ana Pires recebeu apoio da FCT através da bolsa de doutoramento SFRH/BD/43175/2008. Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do quadro de apoio do LABCARGA-IPP-ISEP|PAD’2007/08. São devidos agradecimentos a M. J. Afonso (ISEP) pela leitura de uma primeira versão do manus-crito, bem como ao revisor anónimo pelas achegas críticas ao texto.

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