Investigação preliminar sobre estabilidade e desempenho hidráulico de quebra-mares de contêineres de areia geotêxtil preenchidos com areia e cimento

Dec 09, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15244 (2022) Citar este artigo

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Os quebra-mares são construções essenciais para proporcionar tranquilidade aos portos e estruturas portuárias, quando faltam medidas de proteção natural. Tradicionalmente, estas estruturas maciças são construídas com rochas naturais que pesam toneladas. No cenário atual, a obtenção de enormes rochas naturais é difícil e também não é ecologicamente correta. Os contentores de areia geotêxteis (GSCs) surgem como uma alternativa adequada para as unidades de blindagem rochosa de quebra-mares e diversas literaturas apoiam a sua eficácia. A presente investigação tem como objetivo analisar o desempenho de GSCs quando preenchidos com uma quantidade calculada de cimento e areia. A análise de desempenho hidráulico e estabilidade de modelos de quebra-mar geotêxteis preenchidos com cimento e areia é realizada em uma calha de onda monocromática na escala 1:30. Quando os quebra-mares do GSC são preenchidos com areia e cimento, observa-se um aumento de até 43% na estabilidade, com uma diminuição considerável na subida, descida e reflexão das ondas, do que as unidades preenchidas apenas com areia. Como resultado, as unidades GSC preenchidas com cimento e areia podem ser sugeridas como uma possível alternativa às unidades preenchidas apenas com areia, onde o vandalismo deve ser combatido.

Os quebra-mares são geralmente construídos para dissipar a energia das ondas, criando uma condição calma dentro da área do porto para facilitar o carregamento e descarregamento de carga de um navio atracado em um porto. Além disso, uma zona portuária calma é vantajosa para o bom funcionamento dos portos e ancoradouros. As ondas oceânicas causam frequentemente erosão costeira grave durante a época das monções e podem ser catastróficas para o ecossistema costeiro, a subsistência e as comunidades. As alterações climáticas globais e o aumento associado do nível do mar podem causar graves ações de ondas, inundações e inundações costeiras nas zonas costeiras adjacentes1. Ciclones recorrentes e tempestades associadas são motivo de preocupação recente2,3,4. Portanto, é inevitável ter estruturas de protecção que possam reduzir o impacto adverso das ondas prejudiciais nas zonas costeiras.

As estruturas de proteção costeira podem geralmente ser duras ou moles. Contorno de areia, reposição de dunas, proteção vegetativa, restauração de praias, etc. são consideradas soluções suaves5,6. Quebra-mares submersos e emergidos, diques, paredões, revestimentos e esporões etc., são adotados como soluções duras7,8. Ao longo dos anos, estruturas de entulho ou estruturas blindadas de rocha foram os sistemas de quebra-mar mais comumente adotados9. O aumento alarmante do custo da rocha natural, a redução da disponibilidade e a proibição da extração em muitos estados exigem alternativas viáveis ​​às estruturas rochosas10. Ao longo dos anos, houve enormes inovações em unidades de blindagem artificial. Cubos de Concreto, Tetrápodes, Acrópodes, Dolos, Core Loc etc., são algumas unidades de armadura notáveis9,11,12,13,14,15. Investigação alargada na concepção de estruturas inovadoras de quebra-mares. Algumas contribuições notáveis ​​a este respeito incluem quebra-mares semi e quarto circulares16,17, quebra-mares de placas18, quebra-mares tandem19, quebra-mares de tubos flutuantes20,21, quebra-mares de estacas22,23 etc. Junto com estes, os geossintéticos também são amplamente utilizados para diversas aplicações de engenharia costeira. Geossintéticos referem-se a uma ampla gama de materiais poliméricos naturais ou artificiais que podem ser usados ​​para diversas aplicações de engenharia civil24. Os geossintéticos incluem geotêxteis, geomembranas, geogrelhas, etc. (utilizados em aplicações de engenharia civil, incluindo construção de estradas, gestão de resíduos, proteção de encostas, etc.), sendo os geotêxteis amplamente utilizados para aplicações de engenharia costeira25,26. As aplicações de geotêxteis na engenharia costeira incluem revestimentos27, aterros28, quebra-mares29, unidades de blindagem de quebra-mares30,31 e outras estruturas de proteção costeira8,12,32,33,34,35. Foi comprovado que os recipientes de areia geossintética (GSCs) possuem vários benefícios em relação às construções rochosas convencionais . Pode fornecer uma ampla gama de unidades de blindagem de tamanho uniforme, o que é muito difícil no caso de rochas37,38. O custo por unidade de volume pode ser reduzido quando o tamanho dos contêineres é grande, reduzindo significativamente o tempo de construção. A taxa de preenchimento afeta a estabilidade e a forma devido ao intertravamento e à flexibilidade. Também pode ser empilhado em encostas mais íngremes quando comparado com estruturas convencionais. Outra característica atraente das construções geotêxteis é a capacidade de enchimento in situ do tubo ou recipiente com materiais disponíveis localmente, tornando a construção econômica e rápida39. Apesar do fato de as unidades GSC produzirem impacto visual, as vantagens acima mencionadas tornam as unidades geotêxteis preenchidas com areia uma alternativa viável às unidades de blindagem primária e secundária de um quebra-mar convencional com monte de entulho. Tem havido menos tentativas de quantificar o desempenho de unidades geotêxteis em uma estrutura de quebra-mar, motivando a realização do presente estudo.