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Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo - FEC Departamento de Recursos Hídricos - DRH NOTA TÉCNICA 1 PROPOSTA DE PROJETO PILOTO PARA MONITORAMENTO E CONTENÇÃO DA EROSÃO NA PONTA DA PRAIA SANTOS (SP) Campinas 2017

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Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo - FEC Departamento de Recursos Hídricos - DRH

NOTA TÉCNICA 1

PROPOSTA DE PROJETO PILOTO PARA

MONITORAMENTO E CONTENÇÃO DA EROSÃO NA

PONTA DA PRAIA – SANTOS (SP)

Campinas

2017

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 3

2. HISTÓRICO DA ÁREA ................................................................................ 4

3. ANÁLISE DE ESTUDOS REALIZADOS NO LOCAL ................................. 9

4. SOLUÇÃO EMERGENCIAL PROPOSTA ................................................ 15

4.1. O plano ................................................................................................ 15

4.2. Projeto do Piloto .................................................................................. 16

4.3. Seções transversais do Piloto ............................................................. 23

4.4. Definição da abertura mínima dos poros dos geotubos (O90) ............. 25

4.5. Material a ser empregado ................................................................... 28

4.6. Análise de Estabilidade geotécnica ..................................................... 31

4.7. Prazo para implantação ...................................................................... 32

5. CONCLUSÃO ............................................................................................ 36

6. EQUIPE TÉCNICA .................................................................................... 38

7. REFERÊNCIA ........................................................................................... 39

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1. INTRODUÇÃO

Este relatório contempla uma análise os estudos realizados

recentemente para diagnóstico e prognóstico da erosão da Ponta da Praia em

Santos (SP), bem como uma proposição de obra piloto para contenção da

erosão local e monitoramento contínuo tendo em vista os estudos para

intervenções definitivas.

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2. HISTÓRICO DA ÁREA

O município de Santos está localizado no litoral sul do estado de São

Paulo, sendo sua décima maior cidade, a 72 quilômetros da capital paulista.

Possui 419.400 habitantes, segundo dados do Censo 2010 do IBGE.

Atualmente, o Porto de Santos é o maior da América Latina, com seus 13

quilômetros de extensão. A atividade portuária faz com que a cidade seja,

economicamente, a mais importante da Região Metropolitana da Baixada

Santista. Além disso, tem como atrativo seus sete quilômetros de praia, que se

estendem da Ponta da Praia ao Emissário Submarino. Na Figura 1 é

apresentada a localização da região de estudo.

Figura 1: Localização da região de estudo – Santos

Fonte: Gireli et al. (2017)

A dinâmica costeira de toda a Baia de Santos tem se modificado ao

longo dos últimos 40 anos, principalmente em função da ocupação

desordenada a linha de costa e as intervenções estruturais para melhoria e

proteção do patrimônio, as atividades de dragagem do Porto de Santos

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incluindo o aprofundamento de alargamento do canal de acesso em 2010, além

das próprias modificações do clima de ondas local (ITALIANI,2014).

A região da Ponta da Praia encontra-se atualmente em condições

críticas de erosão visto a faixa de areia é praticamente inexistente e a

prefeitura de Santos tem feito intervenções emergenciais no local, tais como

alimentação artificial com areia retirada de dentro dos canais 2 e 3 e colocação

de pedras junto aos muros de praia para tentar proteger as estruturas

existentes. Tais medidas têm sido aplicadas sem estudos técnicos, sendo

ineficientes na contenção dos efeitos causados pela erosão costeira. Na Figura

2 são apresentadas imagens do local após uma ressaca em junho de 2016.

Figura 2: Imagens da região da Ponta da Praia após a ressaca ocorrida em junho de 2016

Fonte: Autor

Ao longo dos anos vários estudos e medições de campo foram feitos

para traçar um diagnóstico sobre as causas da erosão. Observa-se que as

grandes alterações do perfil das praias iniciaram após 1940, com a ocupação

da orla por prédios altos voltados para veraneio e a construção da avenida

Bartolomeu de Gusmão (localizada a beira-mar) juntamente com a primeira

mureta de praia. Na Figura 3 são apresentadas fotos históricas da região da

Ponta da Praia no início do século XX.

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Figura 3: Imagens da região da Ponta da Praia no início do século XX

Sabe-se que a morfologia do perfil transversal de uma praia é alterada

ao longo das estações do ano, devido a mudanças climáticas e hidrodinâmicas

da região, até que atingir um perfil de equilíbrio (que pode ser de “bom

tempo”/verão ou de “mau tempo”/inverno). A medida transversal é dada

perpendicularmente à linha de costa, e as alterações morfológicas se dão na

zona onde ocorre o transporte significativo de sedimentos, ou seja, na zona

ativa de movimentação sedimentar. Assim, um perfil inicial de praia é

continuamente alterado por uma dada condição ondulatória, até atingir uma

nova configuração, na qual não há mais modificações em sua forma. Este perfil

resultante é definido como o de equilíbrio. Contudo, quando da análise de um

longo período de levantamentos de perfis praiais, verifica-se que além da

variação sazonal existe uma tendência persistente de recuo, pode-se

assegurar que o local estudado vivencia um processo de erosão costeira.

Conforme apresentado na Figura 3, a região da Ponta da Praia possuía,

em meados do século XX uma extensa faixa de areia, que foi sendo perdida ao

longo do tempo. Ainda assim, como pode ser visto na Figura 4, as observações

de campo mostram uma aceleração deste processo de erosão costeira desde

2010, que passou apresentar uma taxa de recuo superior a 6 metros por ano

nas seções mais afetadas.

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Figura 4: Evolução da isóbata de 0,0m DHN entre o canal 6 e a Ponta da Praia – Santos

de 2009 – 2017 a partir de levantamentos topo-batimétricos

Fonte: Venancio et al. (2017)

Concomitantemente, observações de campo mostram que a nova

configuração topobatimetria do Canal de Acesso do Porto de Santos, localizado

muito próximo da região da Ponta da Praia, provocou uma mudança sensível

na direção de propagação das ondas, tendo em vista os efeitos causados pela

chegada das frentes de ondas em águas rasas.

Desde o recuo mais significativo do perfil praial, ocorrido a partir de

2010, nota-se que a direção das ondas que incidem naquele trecho da praia é

diferente da observada em anos anteriores. Neste ano, o canal do Porto de

Santos foi alargado e aprofundado de forma que, a refração sofrida pela frente

de ondas após difratar na Ponta do Guarujá se alterou. Esta mudança de rumo

da frente de ondas provocou uma reflexão das ondas incidentes junto das

estruturas rígidas instaladas para evitar que as ondas danifiquem a avenida e

obras adjacentes, tal como apresentada na Figura 5.

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Figura 5: Incidência de ondas na região da Ponta da Praia

Fonte: Autor

Sendo assim, o sentido do transporte longitudinal costeiro resultante no

estirâncio e zona de surf interna passou a rumar da Ponta da Praia em direção

ao canal 6, fato comprovado pelo acúmulo de sedimentos a barlamar desta

obra (Figura 6).

Figura 6: Acúmulo de sedimentos a barlmar do canal 6, indicando sentido do transporte

costeiro

Onda incidente

Onda refletida

Onda refletida

Onda incidente

Canal 6

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3. ANÁLISE DE ESTUDOS REALIZADOS NO LOCAL

A região da Ponta da Praia vem sendo monitorada a alguns anos por

várias entidades de pesquisa e a própria prefeitura, tendo por objetivo

identificar as causas e consequências da erosão costeira e proposições de

obras que atenuem este efeito de forma eficiente.

A grande dificuldade observada refere-se a dinâmica de ondas e

correntes nesta região, que é muito complexa devido à proximidade com a

embocadura do estuário santista, bem como a própria configuração dos

promontórios na Baía de Santos. Os fenômenos de refração, difração,

empolamento, reflexão e arrebentação de ondas estão fortemente ligados a

batimetria local, que por sua vez está em constante alteração pois após as

mudanças ocorridas, a região ainda não alcançou uma nova condição de

equilíbrio. Os modelos matemáticos mais utilizados para análise da

hidrodinâmica, associada aos modelos de propagação de ondas em águas

rasas são simplificados, de forma a não contemplarem os fenômenos de

difração e reflexão. Na Figura 7 pode ser observada uma saída do modelo

matemático MIKE21 SW indicando que a incidência de ondas na Ponta da

Praia seria ortogonal à linha de costa, o que não resultaria na reflexão

apresentada na Figura 5, tão pouco explicaria o acúmulo de sedimentos junto

ao canal 6, apresentado na Figura 6.

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Figura 7: Direção de ondas refratadas obtidas no modelo matemático Mike 21 SW para

ondas incidentes na Baía de 180° NV

Fonte: Autor

Na Figura 8Figura 7 é apresentada uma saída do modelo SWAN,

extraído do relatório da FCTH (2017), no qual também se observam resultados

de direção de ondas divergentes às observações de campo.

Figura 8: Direção de ondas refratadas obtidas no modelo matemático SWAN

Fonte: FCTH (2017)

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Com a direção de ataque de ondas diferentes, consequentemente altera-

se o sentido do transporte costeiro, indicando tendências de erosão e

assoreamento na zona de estirâncio totalmente divergentes as observações de

campo, tal como pode ser observado na Figura 9, obtida por FCTH (2017), com

base nas saídas de ondas obtidas em modelo e apresentadas na Figura 8.

Figura 9: Sentido do transporte de sedimentos na região do estirâncio (áreas 1) e a frente

do canal 6 (área 2) obtido modelo matemático

Fonte: FCTH (2017)

Caso este sentido de transporte de sedimentos observados na Figura 10

realmente ocorresse no protótipo, areia estaria sendo levada em direção a

embocadura e não haveria acúmulo no Canal 6, conforme se verifica em

campo a partir da Figura 6. Além disso, o modelo aponta um transporte de

sedimentos praticamente nulo a frente do canal 6, o que indicaria uma região

estável do perfil. No entanto, como pode ser observado na Figura 10, uma

comparação entre as superfícies de nível obtidas a partir de levantamentos

Canal 6Estimado

Área 2

Áreas 1

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topo-batimétricos nos anos de 2013 e 2016 apontam para uma erosão

expressiva nesta área, especificamente entre os perfis STOS-21 e STOS-23,

com volume de 78.288 m3, e média de diferença entre profundidades de

0,515m.

Figura 10: Variação de profundidades entre as batimetrias de 2013 e 2016

Nas Figura 11 a Figura 13 são apresentados os perfis STOS-21, STOS-

22 e STOS-23, respectivamente, ressaltando a mudança de profundidades.

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Figura 11: Comparação entre levantamentos batimétricos realizados entre 2006 a 2016

para o perfil topo-batimétrico STOS-21

Figura 12: Comparação entre levantamentos batimétricos realizados entre 2006 a 2016

para o perfil topo-batimétrico STOS-22

-12

-10

-8

-6

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-2

0

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00

UNICAMP 2016 IG 2013 CODESP 2006

-12

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0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00

UNICAMP 2016 IG 2013 CODESP 2006

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Figura 13: Comparação entre levantamentos batimétricos realizados entre 2006 a 2016

para o perfil topo-batimétrico STOS-23

Observa-se claramente que os modelos matemáticos utilizados não

reproduzem corretamente a direção que as ondas incidem sobre o perfil praial

e consequentemente comprometem os resultados e análises sobre o sentido

do transporte de sedimentos, produzindo respostas equivocadas quanto as

mudanças na região costeira, especialmente na Ponta da Praia. Sendo assim,

estudos para avaliar obras e/ou intervenções para solucionar o problema de

erosão no local com base apenas neste tipo de modelagem matemática não

são adequados, podendo até mesmo indicar obras que acentuarão o problema

ao invés de resolvê-lo.

-12

-10

-8

-6

-4

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0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00

UNICAMP 2016 IG 2013 CODESP 2006

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4. SOLUÇÃO EMERGENCIAL PROPOSTA

4.1. O plano

A análise de soluções definitivas, que melhorem a condição da região,

precisa ser feita com base em modelos mais adequados, baseados nas

equações não simplificadas de Boussinesq, no qual espera-se que as

complexas deformações de ondas em função de obstáculos, efeitos em águas

rasas e interação onda - corrente sejam melhor caracterizadas. Contudo,

modelos deste tipo apresentam como grande desvantagem o tempo

computacional necessário para obter respostas das simulações, visto que a

batimetria a ser inserida no modelo deve ser discretizada em nível submétrico.

Por outro lado, há urgência por intervenções mais eficientes no local,

visto que tanto o volume de areia que a prefeitura tem lançado na região para

conter a erosão se mostrou muito abaixo do necessário para compensar o

montante retirado pelo processo erosivo, quanto a proteção de enrocamento

dos muros de pedra foi subdimensionada, não protegendo adequadamente a

infraestrutura urbana enquanto acentuam o processo erosivo.

Neste sentido, a implantação e monitoramento de projetos-piloto a

serem executados na região costeira, visando a diminuição dos prejuízos

causados quando há invasão da água do mar junto à infraestrutura urbana

existente no local, tal como avenidas, farol, passarelas, além de casas e

comércios, constituem-se em uma alternativa viável a curto prazo. Estas obras

têm por objetivo também colaborar para ampliar o conhecimento sobre os

impactos nas áreas adjacentes e indicar intervenções definitivas para as

regiões mais afetadas e/ou de interesse.

Segundo Oh e Shin (2006), utilizar métodos tradicionais de proteção

costeira tem se mostrado uma opção cara e de difícil manutenção, dado a

escassez de rochas naturais. As clássicas estruturas de concreto estão sendo

substituídas por materiais mais baratos como geossintéticos, estruturas de

gabião, entre outros. Os tubos flexíveis de geotêxtil têm sido aplicados para a

construção de diques e quebra-mares em vários projetos ao redor do mundo.

Algumas de suas maiores vantagens se constituem no fato de que podem ser

preenchidos com materiais encontrados in situ por meio de bombeamento

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hidráulico, como material de dragagem, além de permitirem uma construção

mais rápida e barata que outras tecnologias (OH e SHIN, 2006). Sendo assim,

a solução piloto proposta para esta região consiste em um molhe parcialmente

submerso construído com geotubos preenchidos com areia da praia, de forma

a:

Reduzir o custo de implantação de uma solução definitiva, bem

como o risco desta solução ter baixa eficácia e / ou produzir

impactos indesejados em regiões adjacentes. Esta consideração

se torna especialmente relevante nesta região, em função dos

modelos matemáticos aplicados não terem se mostrado capazes

de reproduzir as condições locais.

Causar o mínimo impacto visual, visto que a área tem atrativo

turístico;

Permitir a execução da obra em um curto período de tempo, visto

que as dimensões são reduzidas e os métodos construtivos são

ágeis;

Permitir uma fácil desmobilização da obra e a inexistência de

impactos ambientais decorrentes de sua retirada, caso esta se

mostre ineficiente. A estrutura planejada, pode ser removida

apenas abrindo os geotubos e os deslocando, de forma a permitir

que a areia, que é proveniente da própria praia, saia dos

geotubos e sejam recapturadas pelo transporte costeiro, tal como

já acontece com a alimentação artificial da praia realizada pela

prefeitura.

4.2. Projeto do Piloto

O projeto da obra piloto foi definido de forma a conferir uma solução de

baixo custo de implantação e, por isso, de dimensões limitadas, mas que,

pudesse proporcionar um monitoramento adequado da resposta do meio à

obra em um prazo curto. Na Figura 14 é apresentada a planta como o

posicionamento da obra piloto. Na Figura 15 é possível observar um detalhe do

alinhamento da obra.

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Figura 14: Posicionamento em planta da obra piloto

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Figura 15: Detalhe da obra piloto junto a Ponta da Praia

A obra proposta se constitui de dois seguimentos lineares, sendo o

primeiro enraizado junto ao muro de praia e seguindo mar adentro por 275

metros, com rumo de 280,15° em relação ao norte verdadeiro até atingir a

isóbata de 3,5 metros¹ em relação ao Nível de Redução da Marinha na região -

NR. A Tabela 1 apresenta as coordenadas UTM de início e fim deste

seguimento da obra piloto que foi chamado de trecho transversal, ambos

referidos ao Datum Horizontal SIRGAS 2000.

¹ A profundidade pode diferir de alguns decímetros em relação ao valor informado em

função de modificações no perfil topo-batimétrico entre a data do levantamento e a data de

implantação da obra.

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Tabela 1: Coordenadas UTM de referência para o seguimento transversal da obra piloto.

Ponto Coord. Leste (m) Coord. Norte (m)

Início 366.959,082 7.346.319,694

Fim 366.685,880 7.34.638,597

Cabe ressaltar que este trecho da obra possui duas funções a saber:

- Reduzir de maneira significativa a velocidade das correntes de maré

que se direcionam para a embocadura do estuário santista no trecho entre a

obra e a linha de costa, principalmente no ciclo de enchente, o que não só

impediria o acúmulo de sedimentos atrás da obra, como poderia induzir a

formação de uma cava na região;

- Servir de proteção e dar suporte ao acúmulo de sedimentos que se

espera que aconteça entre a obra proposta e a linha de costa atual;

- Permitir uma adequada circulação da corrente superficial, evitando

assim a deterioração da qualidade da água e consequentemente da condição

de balneabilidade no tardoz da obra.

Neste sentido, este trecho foi concebido como uma linha única de

geotubos que avançam mar adentro, tendo sua cota de coroamento variando

desde a cota +2,50 metros até a cota -1,60 metros, ambas referidas ao NR.

Por fim, em função dos riscos de vandalismo, foi sugerida a adoção de

uma camada de blocos de enrocamento protegendo os primeiros 75 metros da

obra. A Figura 16 traz um corte passando pelo eixo do trecho transversal,

mostrando a disposição dos geotubos, bem como da proteção de enrocamento

proposta.

Figura 16: Corte ao longo do eixo do trecho transversal do projeto piloto proposto

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Na Figura 16, foram considerados geotubos de duas dimensões

distintas. Os primeiros 3, com 25 m de comprimento e perímetro de 9 m cada.

Este trecho corresponde àquele que receberá a proteção de enrocamento.

Na sequência, foram propostos mais 10 geotubos, com 20 m de

comprimento e perímetro de 12 m cada. No item correspondente às seções

transversais, estas geometrias estão detalhadas, adicionalmente, no item

referente aos materiais para a execução do piloto são dados maiores detalhes

dos requisitos de desempenho mínimo para os geotubos e demais

componentes do sistema,

O segundo seguimento linear aqui chamado de longitudinal foi definido

de forma a ficar paralelo à direção dos muros proteção existentes na ponta da

praia. Como isso espera-se que a refração das ondas que ocorrerá sobre a

proteção proposta faça com que o rumo das ondas passem a atingir os muros

com ângulo próximo à ortogonal, diminuindo o transporte longitudinal costeiro

resultante. Neste caso, a reflexão de ondas (Figura 5), que atualmente gera

uma resultante longitudinal de corrente costeira em direção do canal 6, deverá

ser praticamente eliminada.

Quanto a posição escolhida para locação da obra, optou-se por manter o

seguimento longitudinal da obra em uma região ainda estável do perfil praial,

ou seja, em que as declividades continuam baixas. Além disso, optou-se por

uma distância da linha de costa que permitisse observar uma acresção praial,

capaz de minimizar os efeitos das ressacas no local, sem, contudo, verificar um

avanço da praia sobre a obra piloto.

Neste sentido, o segmento longitudinal foi concebido com 240 m de

extensão e rumo de 347,53° em relação ao norte verdadeiro, praticamente

acompanhando a isóbata de 3,5 metros em relação ao NR. Na Tabela 2 são

apresentadas as coordenadas UTM de início e fim do seguimento longitudinal

da obra piloto, ambos referidos ao Datum Horizontal SIRGAS 2000.

Tabela 2: Coordenadas de referência UTM para o seguimento longitudinal da obra piloto.

Ponto Coord. Leste (m) Coord. Norte (m)

Início 366.685,880 7.346.368,597

Fim 366.634,042 7.346.602,980

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Quanto à cota de coroamento, entende-se que a obra deveria manter-se

submersa a maior parte do tempo, minimizando assim o impacto visual

negativo, visto que se trata de uma região de atrativo turístico. Neste caso a

obra apenas afloraria em casos de eventos meteorológicos negativos

extremos. Optou-se, portanto, em definir a cota de coroamento deste

segmento da obra em -0,5 m em relação ao NR.

Esta definição está suportada pelos estudos de Oh & Shin (2016), que

executaram uma obra em geotubos na cidade de Young-Jin (Coréia), em

condições de nível d’agua similares.

Em seu trabalho, Oh & Shin (2016) estudaram várias condições

estabilidade hidráulica, capacidade de absorção de ondas em condições de

obra submersa utilizando equacionamento teórico, modelação física e

verificação de resultados em campo após a execução de uma obra de proteção

de costa utilizando geotubos. Apesar dos ensaios em modelo apontarem que a

melhor taxa de absorção de ondas ocorreria quanto mais próximo da linha

d’água a obra estivesse coroada, a solução implantada com sucesso em

Young-Jin (Coréia) foi instalada com cota de coroamento 1,0 m abaixo do nível

d’agua mínimo. Já a lâmina d’água máxima sobre a obra, em função da

amplitude das marés de sizígia local ser de aproximadamente 1,0 m, ficou em

cerca de 2,0 m.

Neste sentido, a obra piloto proposta para Santos terá, em relação à

maré astronômica, lâminas d’água acima da cota de coroamento do segmento

longitudinal variando entre 0,5 m e 2,0 m.

A Figura 17 traz um corte ao longo do eixo do segmento longitudinal do

a obra piloto proposta.

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Figura 17: Corte ao longo do eixo do segmento longitudinal da obra piloto proposta

Este segmento foi projetado contendo duas camadas de geotubos, a

primeira, composta por duas linhas justapostas de geotubos de 20 m de

comprimento e 9 m de perímetro cada, totalizando 24 geotubos (12 por linha).

Já a camada superior foi projetada com uma única linha composta por

12 geotubos de 20 m de comprimento e 12 m de perímetro. Esta configuração

permite que a cota de coroamento da estrutura fique nivelada conforme os

critérios estabelecidos, mantendo a estabilidade dos geotubos e maximizando

a superfície de contato da obra com as ondas, desta forma, não se deve, em

hipótese alguma, reduzir os perímetros aqui definidos.

Quanto aos comprimentos adotados para os geotubos que compõem

ambos os segmentos da obra, estes foram definidos não só para garantir que o

peso próprio dos geotubos preenchidos fosse suficiente para mantê-los

estáveis frente a ação das ondas, mas também pensando na facilidade de

manuseio e disposição dos geotubos durante a instalação e no comprimento

total dos seguimentos propostos. Desta forma, caso na execução se deseje

alterar estes comprimentos, isto pode ser feito desde que seja respeitado um

mínimo de 15 m de extensão, o que garante que o peso próprio dos geotubos

seja suficiente para estabilidade deles frente à ação das ondas.

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4.3. Seções transversais do Piloto

Para atender à geometria proposta no item anterior, bem como garantir a

estabilidade estrutural e geotécnica da obra piloto proposta, foram definidas as

seções transversais descritas a seguir.

As Figuras 18 e 19 detalham a seção transversal segmento longitudinal

da obra piloto proposta após a execução da primeira e da segunda camada

respectivamente. Já as Figuras 20 e 21 detalham a seção transversal do

segmento transversal da obra piloto proposta, nos trechos emerso e submerso

respectivamente. Por fim, na Tabela 3 são apresentados os detalhamentos de

cada um dos elementos indicados por letras nas Figuras 18 a 21.

Figura 18: Seção transversal da 1ª camada do segmento longitudinal da obra piloto

Figura 19: Seção transversal completa do segmento longitudinal da obra piloto

1.60

3.71 3.715.00 3.00

15.42

3.503.60

3.80

4.30

4.804.90

NRMLLW

MHLW

MHHWMLHW

MSL

1.90

A A

C

DD

3.71 3.71

5.10

3.00

1.54

1.431.8

3.50

5.00 3.00

15.42

3.603.80

4.30

4.804.90

NRMLLW

MHLW

MLHWMHHW

MSL

A A

B

C

DD

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Figura 20: Seção transversal do segmento transversal da obra piloto em seu trecho

emerso

Figura 21: Seção transversal do segmento transversal da obra piloto em seu trecho

submerso

Tabela 3: Detalhes dos elementos indicados nas seções transversais

Ident. Elemento Perímetro Comp. Área F. Forma Qde. Vol.

A Geotubo tecido 9 m 20 m 5,0 m² 0,460 24 2400 m³

B Geotubo tecido 12 m 20 m 7,8 m² 0,374 12 1872 m³

C Tapete anti-

socavação

15,42 m

12 m

12 m

20

25

20

-

-

-

-

-

-

12

3

10

-

-

-

D Mini-bag tecido

0,7m

2, m

2,2 m

20

25

0,39m²

0,39m²

~1

~1

44

6

339 m³

58 m³

E Geotubo tecido 9 m 25 m 5,0 m² 0,460 3 325 m³

F Geotubo tecido 12 m 20 8,2 m² 0,411 10 1640 m³

G Proteção não tecido 8 m 66 m - - 1 -

Volume Total 6684 m³

12.00

VAR.

VAR.VAR.

VAR.VAR.

VAR.

NRMLLW

MHLW

MLHWMHHW

MSL

D D

E

1.60

3.714.145 4.145

G

1.00 1.00(MIN.)(MIN.)

2

1

2

1

0.90

1.87

C

5.00

1.90

3.00

12.00

VAR.VAR.

VAR.

VAR.

VAR.VAR.

NRMLLW

MHLW

MLHWMHHW

MSL

F

D D

4.00

C

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O dimensionamento dos blocos que farão a proteção de enrocamento no

trecho de 75m do segmento transversal à costa foi elaborado levando-se em

consideração as recomendações do U. S. ARMY/COASTAL ENGINEERING

RESEARCH CENTER (2002). Para tanto considera-se a Equação 1 para

cálculo do peso médio dos blocos.

𝑃 =𝐻3.𝛾𝑠

𝐾𝑑.(𝛾𝑠𝛾𝑎

−1)3

.𝑐𝑜𝑡𝑔𝜃 (1)

P: peso de cada bloco (kgf)

s: peso específico do bloco (kgf/m3) = 2,65 tf/m3 (considerado usual)

H: altura da onda incidente de projeto (m)

𝛾𝑠

𝛾𝑎: peso específico relativo

a: peso específico da água = 1,025 tf/m3

ângulo do talude em relação à horizontal em graus

adotado: cotg = 2,0

Kd: coeficiente de estabilidade (tabelado) =2,3

Foi considerada uma onda máxima no local de 2,0m de altura, visto que

este deve ser o maior valor de nível sobre a estrutura e que qualquer onda

superior a este valor arrebentaria ainda sobre o perfil praial, reduzindo sua

enegia antes de atingir a estrutura. Sendo assim o valor obtido do peso médio

dos blocos resultou 1,16 tf. Considerando que os blocos serão colocados

apenas para proteção dos geotubos contra vandalismo, considera-se suficiente

apenas uma camada de blocos devidamente encaixados e com diâmetro médio

(d50) de 0,76m, correspondendo a 50% ou mais dos blocos da amostra. A

variação do peso dos blocos deve corresponder de 70% a 125% do peso

médio, ou seja, de 0,81 tf a 1,45 tf, e respectivamente, 0,67m a 0,82m de

diâmetro.

4.4. Definição da abertura mínima dos poros dos geotubos (O90)

Os cálculos apresentados neste item foram baseados na curva

granulométrica dos sedimentos coletados no pós-praia próximo ao canal 2 de

Santos e no método descrito em BEZUIJEN & VASTENBURG (2013)

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A Equação (2) apresenta a definição do Coeficiente de Uniformidade do

material de preenchimento válido para areias.

Cu = D60/D10 (2)

Cu = Coeficiente granulométrico de uniformidade do material de

preenchimento válido para areias (D > 60 μm) [−]

D60 = Tamanho da peneira (abertura) passa 60 % do material da

amostra [mm]

D10 = Tamanho da peneira (abertura) passa 10 % do material da

amostra [mm]

Já as Equações ((3) e (4) apresentam respectivamente o critério de

retenção de areias pelo geotêxtil em função da solicitação dinâmica do fluxo de

correntes hidráulicas e da ação hidráulica de ondas.

𝑂90 < 5 ∙ 𝐷10 ∙ 𝐶𝑢1/2 e 𝑂90 < 2 ∙ 𝐷90 ((3)

O90 = Abertura aparente de poros do material geotextil constituinte do

tubo [mm]

D90 = Tamanho da peneira (abertura) passa 90 % do material da

amostra [mm]

𝑂90 < 1,5 ∙ 𝐷10 ∙ 𝐶𝑢1/2 e 𝑂90 < 𝐷90 (4)

A Figura 22 apresenta a análise granulométrica da amostra de

sedimentos coletado na região do pós praia junto ao canal 2 de Santos durante

a campanha de levantamento de campo realizada em 2014. Já na Tabela 4 são

apresentadas as relações entre as aberturas da peneira correspondente aos

percentuais de material passante empregados nas equações (2) a (4).

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Figura 22: Análise Granulométrica do sedimento coletado no pós praia junto ao canal 2

de Santos

Tabela 4: Percentual de material passante x Abertura da peneira

DX Abertura (mm)

D10 0,081

D50 0,114

D60 0,123

D90 0,148

Com base nos dados da Tabela 4, a partir da Equação (2) tem-se:

Cu = D60/D10

Cu = 0,123/0,081

Cu = 1,52

Já empregando as Equações (3) e (4) obtêm-se os seguintes limites

para a abertura aparente do geotêxtil sob a ação de correntes e ondas:

- Ação de correntes:

𝑂90 < 5 ∙ 𝐷10 ∙ 𝐶𝑢1/2 e 𝑂90 < 2 ∙ 𝐷90

O90 < 0,499 e O90 < 0,29

- Ação de ondas

O90 < 1,5 ∙ D10 ∙ Cu1/2 e O90 < D90

O90 < 0,150 e O90 < 0,148

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10

Mat

eri

al p

assa

nte

(%

)

Abertura da Peneira (mm)

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Com base nos cálculos apresentados, o geotêxtil a ser empregado na

confecção dos geotubos deve possuir uma abertura de poros máxima de 0,148

mm, para cumprir com os critérios de retenção descritos anteriormente,

impedindo que se desenvolvam processos erosivos de material particulado,

frente a ação dinâmica das ondas que incidirão sobre as estruturas.

4.5. Material a ser empregado

Geotubos: Forma têxtil tubular para aplicações hidráulicas

confeccionada a partir de um geocomposto de poliéster de alta tenacidade, alta

capacidade filtrante e proteção UV com as características apresentadas na

Tabela 5.

Tabela 5: Características do material de confecção dos geotubos

Características gerais

Matéria Prima do Geocomposto

-Geotêxtil Tecido Poliéster

-Geotêxtil Não Tecido Poliéster

Resistência à tração nominal mínima do tecido

-Direção longitudinal 100 kN/m*

-Direção transversal 100 kN/m*

Deformação na resistência nominal

-Direção longitudinal ≤ 12,0 %

-Direção transversal ≤ 12,0 %

Gramatura 650 g/m2

Permeabilidade do tecido à água ≥ 10 l/m²/s

Abertura dos poros - O90 ≤ 148 µm

* A resistência mínima a tração foi calculada a partir do software GeocOps 3.0, considerando à

solicitação do elemento mais solicitado a aplicação de um fator de segurança de 4,95 em

função dos efeitos não considerados no cálculo, que são a variação da maré e a ação direta de

ondas.

O Emprego de geotêxtil tecido tubular confeccionados a partir de outros

compostos poliméricos podem até ser empregados desde que atendam a todos

os requisitos de desempenho aqui listados. Entretanto, o geocomposto é

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preferível pois a presença do não tecido na face externa da obra colabora

sobremaneira no aumento da vida útil da obra, uma vez que protege o tecido

da abrasão provocada pelo movimento da areia pela ação das ondas, além de

dificultar que elementos como madeiras com ou sem pregos e outros

elementos cortantes ou perfurantes rompam o tecido dos geotubos. Por fim, a

escolha do poliéster tem relação com a estabilidade geométrica da obra, pois

este material possui menor deformabilidade e fluência do que outros polímeros

como, por exemplo, o polipropileno.

Os geotubos devem ser confeccionados com no mínimo dois bocais

para enchimento, cada um próximo de uma das extremidades e um par de

alças laterais para facilitar o manuseio e o posicionamento do elemento junto a

cada extremidade e a cada 5 m de comprimento ou fração. Neste sentido, os

geotubos de 20 e 25 m de comprimento devem possuir 5 e 6 pares de alças

respectivamente.

Adicionalmente, os geotubos deverão ser confeccionados em um

ambiente industrial controlado. A área de manipulação do tecido deverá ser

isenta de objetos cortantes ou que causem atrito e degradação prematura da

matéria prima e sua confecção deverá ser realizada através de costura

industrial, não sendo permitida a realização de costuras in loco.

Tapete anti-socavação ou anti-erosivo: Este elemento é de extrema

importância para a estabilidade geotécnica e hidráulica da estrutura proposta

uma vez que contribui para a distribuição da sobrecarga decorrente da

instalação da estrutura sobre o solo local e possui a capacidade de se deformar

e proteger o pé da estrutura na ocorrência de socavação pela ação

hidrodinâmica. Por fim, no lado mais abrigado da obra, ele contribui para

aumentar ainda mais a estabilidade da obra na medida em que a sedimentação

vai acontecendo sobre ele. Na Tabela 6 são apresentadas as características

do material de confecção dos Tapetes anti-socavação.

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Tabela 6: Características do material de confecção do Tapete anti-socavação

Características gerais

Matéria Prima do Geocomposto

-Geotêxtil Tecido Poliéster

-Geotêxtil Não Tecido Poliéster

Resistência à tração nominal mínima do tecido

-Direção longitudinal 300 kN/m

-Direção transversal 50 kN/m

Deformação na resistência nominal

-Direção longitudinal ≤ 10,0 %

-Direção transversal ≤ 8,0 %

Gramatura 1.084 g/m2

Bolsa lateral Ф0,7m – Geotêxtil Tecido de PET ou PVA com bocais distantes entre si não

superior a 12,5m.

Os tapetes deverão ser fornecidos completos, ou seja, totalmente

vinculados com as bolsas laterais fixadas.

Os painéis deverão ser confeccionados em um ambiente industrial

controlado. A área de manipulação do tecido deverá ser isenta de objetos

cortantes ou que causem atrito e degradação prematura da matéria prima.

Os Tapetes deverão ser fornecidos com elementos para suporte à

instalação:

Bocais de entrada para mangotes nas bolsas laterais com distancias

máximas de 12,5m.

Laços e cintas para ancoragem

A vinculação entre tecidos e tecidos e bolsas laterais que compõe um

tapete anti-socavação deverá ser confeccionada através de costura industrial.

Proteção mecânica dos tubos próximos à praia: Deverá ser utilizado,

conforme indicado em desenho, sobre os 03 primeiros módulos de geotubos no

trecho transversal, uma proteção mecânica adicional de geotêxtil não tecido de

no mínimo 500g/m² para proteção dos geotubos contra possíveis rupturas no

lançamento dos blocos de enrocamento de proteção.

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4.6. Análise de Estabilidade geotécnica

A análise da estabilidade geotécnica da obra foi avaliada com base no

software Slide e na sondagem SP -01 apresentado em FUNDESPA (2015). O

Ponto de Sondagem à Percussão utilizado é o mais próximo do local de

implantação da obra que se obteve, estando localizado em frente ao píer dos

pescadores conforme apresentado na Figura 23.

Figura 23: Localização do Ponto de Sondagem à Percussão SP- 01

Fonte: FUNDESPA (2015)

Já na Figura 24 é apresentado um resumo dos resultados do cálculo de

estabilidade geotécnica aplicado à seção de maior solicitação, localizada no

trecho longitudinal da obra piloto proposta.

Figura 24: Saída do software Slide – Estabilidade geotécnica

2.482.48

W

2.482.48

Material Name ColorUnit Weight

(kN/m3)Strength Type

Cohesion

(kPa)

Phi

(deg)

Cohesion

Change

(kPa/m)

Preenchimento 22 Mohr-Coulomb 0 26

Aterro arenoso 17 Mohr-Coulomb 0 20

Areia 20 Mohr-Coulomb 0 26

SFL 14.5 Undrained 25 2.4

Support Name Color Force Application AnchorageTensile Strength

(kN/m)

Tapete Passive (Method B) Both Ends 131

3.48

1.80

2.75

2.98

42

0-2

-4-6

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

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Na tabela posicionada no canto superior esquerdo da Figura 24 está

inserida a resistência de projeto do material de reforço. Conforme já

especificado o tapete de anti-socavação foi definido de forma a contribuir na

estabilidade global da estrutura, para tanto, deve possuir resistência nominal de

300 kN/m.

Já a tabela posicionada à direita, mais abaixo apresenta as propriedades

do solo de apoio, bem como do material de preenchimento da estrutura. Aqui

foi considerado o considerando o modelo Mor-Coulomb para os solos arenosos

e material de preenchimento e condições não drenadas para o solo mole.

Ressalta-se que este modelo é uma simulação numérica da situação

estática da estrutura no pior caso, maior sobrecarga. Usualmente o Fator de

Segurança - FS adotado em aterros sobre solos moles é da ordem de 1.5,

entretanto, em função da não inclusão dos efeitos dinâmicos de ondas e

correntes no cálculo, considerou-se um incremento de 50% no FS mínimo de

2,3. Note-se que o cálculo resultou em um FS global de 2,48, sendo, portanto

superior ao limite mínimo considerado.

4.7. Prazo para implantação

As ressacas são fenômenos costeiros destrutivos que são originados por

forçantes atmosféricas em larga escala. Uma ressaca pode ser caracterizada

como a elevação do nível do mar (maré meteorológica positiva) em conjunto

com a ação das ondas. Os principais sistemas atmosféricos geradores de

ressacas são os ciclones extratropicais, os quais são centros de baixa pressão

atmosférica em superfície com fortes ventos que giram no sentido horário no

Hemisfério Sul. O fenômeno de empilhamento de água na costa devido a tais

ventos é explicado por Pugh (1987), que descreve que o nível do mar

observado consiste da maré astronômica somado à maré meteorológica. Na

costa brasileira, ventos oriundos do quadrante sul geram eventos de maré

meteorológica positiva, enquanto ventos vindos de nordeste geram maré

meteorológica negativa. Além da alteração do nível do mar, os ventos que

sopram sobre o oceano geram ondas na superfície do mar, em um processo

explicado por Young (1999). O somatório das ondas junto com as marés

meteorológicas positivas oferece um grande risco às cidades costeiras,

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representando eventos altamente energéticos e destrutivos. Machado et al.

(2010) declaram que “sistemas meteorológicos como ciclones extratropicais de

alta intensidade geram ondas de alta energia, que podem levar um perfil de

praia de um estágio máximo acrescido ao máximo erodido em poucas horas”.

Assim, eventos de ondas elevadas e maré meteorológica positiva estão ligados

à erosão da costeira, enquanto períodos de ondas pequenas e maré

meteorológica nula ou negativa associados à re-deposição dos sedimentos na

praia.

Os períodos típicos em que esses dois processos ocorrem depende da

estação do ano, seguindo um ciclo sazonal bem determinado – típico no sul e

sudeste do Brasil. Parente (1999), Pinho (2003) e Campos et al (2012)

descrevem esse ciclo sazonal associados a eventos extremos de ondas na

Bacia de Campos; enquanto Nascimento (2013) e Caetano & Campos (2017)

se focam na Bacia de Santos e Cidade de Santos, respectivamente. Campos &

Guedes Soares (2016) estudaram o sudeste do Brasil como um todo. Os

trabalhos citados concordam entre si e apontam o outono e inverno como as

estações com os mais frequentes e mais severos eventos extremos de onda.

Os meses de primavera e verão são os com menores ondas. Caetano &

Campos (2017) analisam 22 anos de observações de altura significativa de

onda na praia do José Menino, em Santos/SP. Apesar das observações visuais

não possuírem a mesma acurácia que instrumentos oceanográficos, conforme

discutido por Guedes Soares (1986), essa informação tem grande valor na

análise das variações e ciclos presentes na série temporal. A Tabela 1,

extraída de Caetano & Campos (2017), mostra a altura média das ondas na

praia do José Menino, em Santos, de 1995 a 2017, junto com a variância e

porcentagem de dias calmos (PDC). Os valores mostram o mês de Maio como

o de maiores ondas, corroborando os estudos anteriores que apontam o outono

como o período de maior severidade. Os três maiores eventos registrados em

Santos nesses 22 anos, por exemplo, ocorreram em 27/05/1995, 24/04/2006 e

11/06/2016; ou seja, entre Abril e Junho. Na Tabela 7, não somente a média no

outono é mais elevada, como também a variância dos dados, o que sugere

eventos mais extremos nesse período. A partir de Outubro, as ondas passam a

diminuir de tamanho com a proximidade do verão. A janela entre Novembro e

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Fevereiro apresenta as maiores porcentagens de dias de mar completamente

calmo. Esse valor cai drasticamente de 30 para 18 a partir de Março.

Tabela 7: Média, Variância e Porcentagem de Dias Calmos (PDC) para cada mês. Extraído

de Caetano & Campos (2017).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Média (m) 0.40

0.40

0.49

0.60

0.66

0.57

0.54

0.56

0.55

0.48

0.45

0.42

Variância (𝑚2)

0.15

0.15

0.14

0.19

0.20

0.19

0.17

0.19

0.18

0.13

0.15

0.15

PDC (%) 33 30 18 13 11 18 18 16 16 16 22 28

Quanto à maré meteorológica, Melo (2017) fez recentemente um estudo

completo e criterioso no sudeste brasileiro. Em conjunto com Camargo & Harari

(1994) e Campos et al. (2010), os autores apontam novamente o outono e

inverno como estações associadas a eventos de maré meteorológica positiva

(sobre-elevação do nível do mar além da maré astronômica). Machado et al.

(2010) destaca que “a estação do outono também possui o padrão de

intensidade do inverno, porém, destaca-se mais em maior frequência de

ocorrência de ventos com direção sudoeste”. Ou seja, os mesmos ventos de

sudoeste que geram ondas extremas também empilham água na costa sul e

sudeste d o Brasil. Alguns desses eventos geraram erosão de 62,96 m³/m e

1,83 metros de elevação do nível do mar no sul do Brasil (Machado et al.,

2010). Utilizando 40 anos de medições do nível do mar em Santos, Campos et

al. (2010) fez uma análise completa dos eventos de maré meteorológica e as

suas variações sazonais. A Tabela 8, obtida de Campos et al. (2010), mostra o

número total de eventos de maré meteorológica positiva acima de dois desvios-

padrão. Nela, é possível observar o outono e inverno como os períodos de

maior ocorrência de maré meteorológicas positivas.

Tabela 8: Número de eventos de maré meteorológica positiva entre 1951 e 1990 por

estação do ano. Extraído de Campos et al. (2010).

Maré meteorológica Primavera Verão Outono Inverno

Eventos acima de +38 cm 69 64 197 147

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Analisando em conjunto os eventos extremos de ondas e marés

meteorológicas é possível estimar com certa precisão os meses associados à

erosão, de Abril a Setembro, e àqueles associados a re-deposição de

sedimentos, de Outubro a Março. Além disso, é possível destacar os meses

com maior risco de ressaca, relacionados ao período de Abril a Agosto.

Consequentemente, pensando no planejamento e início de uma obra

costeira em Santos, onde é necessário assegurar a deposição de sedimentos e

baixo risco de ressaca, sugere-se o intervalo entre Outubro e Dezembro.

Estabelecendo o limite máximo em 31 de Dezembro é possível assegurar, com

certa confiança, dois meses de mar calmo e baixo risco de ressaca onde se

espera que os sedimentos voltem a se depositar junto à praia.

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5. CONCLUSÃO

A dinâmica das praias na Baía de Santos sofreu grandes alterações nos

últimos 50 anos, consequência de várias intervenções humanas aliadas

ocupação desordenada da linha de costa. A Ponta da Praia, por estar em

região próxima à embocadura do Estuário Santista, no qual localiza-se o Porto

de Santos, tem um histórico de retração da linha de costa acentuado, causando

muitos prejuízos à Prefeitura, principalmente nos grandes eventos de ressaca.

Diversos estudos realizados no local utilizando-se de modelagem matemática

apontaram para um comportamento das ondas e transporte de sedimentos

associado contrastantes aos efeitos observados em campo.

A adoção de obras piloto, de baixo impacto e custo constituem-se em

uma alternativa viável a curto prazo, sendo capaz de auxiliar tanto no

monitoramento do local quanto na diminuição dos prejuízos causados quando

há invasão da água do mar junto à infraestrutura urbana existente no local, tal

como avenidas, farol, passarelas, além de casas e comércios.

Espera-se que a implantação da obra piloto proposta, realizada no

período de bom tempo (novembro a dezembro) possa ser feita em um prazo

curto e tenha todo o verão para se acomodar, inclusive com deposição de areia

no tardoz da obra. Com o contínuo monitoramento dos perfis e batimetria local

espera-se visualizar uma acresção da praia, que por sua vez voltará a proteger

a orla contra os efeitos das ressacas de maneira natural. Esta acresção deve

ser mais rápida, quanto maior for o volume de sedimentos lançados pela

prefeitura no trecho após a instalação da obra, volume este que ao invés de ser

carreado pelo transporte costeiro para fora do volume de controle, passará a

ser, em sua maior parte, trapeado pela estrutura proposta.

O projeto piloto confeccionado com geotubos submersos constitui-se em

uma solução econômica e ambientalmente interessante em comparação a

soluções convencionais. No caso específico da ponta da praia de Santos,

permitirá, a partir de seu monitoramento, preencher as lacunas de

conhecimento em relação ao comportamento dos agentes hidrodinâmicos que

vem provocando o intenso processo erosivo que tem sido verificado na região.

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Desta forma, caso a resposta do ambiente a introdução do projeto piloto

proposto não seja favorável, a remoção da estrutura terá custo mínimo e não

causará qualquer impacto à região, uma vez que o material de enchimento dos

geotubos apenas retornaria para o sistema costeiro. Ainda assim, os resultados

obtidos desta análise permitiriam propor novas intervenções, com maior chance

de solucionar os problemas verificados na região.

Por outro lado, caso o ambiente responda conforme esperado, o piloto

aqui proposto poderá se configurar como uma solução definitiva para o trecho

em que foi instalado, podendo ser replicado para os quase três quilômetros

compreendidos entre a ponta da praia e o canal 4, sessando de maneira

definitiva o recuo que a linha de costa vem sofrendo na região e,

consequentemente, protegendo a orla e todos os equipamentos urbanos nela

instalados da ação das ressacas, sem que para isso, o santista tenha que se

conformar com uma mudança significativa na vista da baía, na característica da

arrebentação das ondas, ou nas condições de balneabilidade das praias de

Santos.

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6. EQUIPE TÉCNICA

Prof. Dr. Tiago Zenker Gireli Executor do Convênio – UNICAMP - PMS

Prof Dr. Patrícia Dalsoglio

Garcia

Vice- Executora do Convênio – UNICAMP

- PMS

Dr. Ricardo Martins Campos AtmosMarine (Elaboração do item 4.7)

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7. REFERÊNCIAS

BEZUIJEN, A., VASTENBURG, E.W. GEOSYSTEMS - DESIGN RULES AND

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