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

Mar 29, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15244 (2022) Citar este artigo

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Os quebra-mares são construções essenciais para dar tranquilidade aos portos e estruturas portuárias, quando faltam medidas de proteção natural. Tradicionalmente, essas estruturas maciças são construídas com rochas naturais pesando toneladas. No cenário atual, a obtenção de enormes rochas naturais é difícil e não é ecologicamente correta. Os contêineres de areia geotêxteis (GSCs) surgem como uma alternativa adequada para as unidades de armadura rochosa de quebra-mares e várias literaturas apóiam sua eficácia. A presente investigação visa analisar o desempenho de GSCs quando preenchidos com uma quantidade calculada de cimento e areia. O desempenho hidráulico e a análise de estabilidade de modelos de quebra-mar geotêxteis preenchidos com cimento e areia são realizados em uma calha de onda monocromática em escala 1:30. Quando os quebra-mares GSC são preenchidos com areia e cimento, observa-se um aumento de até 43% na estabilidade com uma diminuição considerável no aumento, escoamento 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 portos. As ondas oceânicas muitas vezes causam grave erosão costeira durante a estação das monções e podem ser catastróficas para o ecossistema costeiro, meios de subsistência e comunidades. A mudança climática global e o aumento associado do nível do mar podem causar graves ações de ondas, inundações e inundações costeiras nas áreas costeiras adjacentes1. Ciclones recorrentes e tempestades associadas são uma questão de preocupação recente2,3,4. Assim, é inevitável a existência de estruturas de proteção que possam reduzir o impacto adverso das ondas danosas nas zonas costeiras.

As estruturas de proteção costeira geralmente podem ser duras ou moles. Desvios de areia, reabastecimento de dunas, proteção vegetativa, restauração de praias, etc. são consideradas soluções leves5,6. Quebra-mares submersos e emergidos, diques, paredões, revestimentos e espigões, etc., são adotados como soluções difíceis7,8. Ao longo dos anos, montes 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 grandes inovações em unidades de armadura artificial. Cubos de concreto, Tetrápodes, Acrópodes, Dolos, Core Loc etc., são algumas unidades de armadura notáveis9,11,12,13,14,15. Pesquisa estendida na concepção de estruturas quebra-mar inovadoras. Algumas contribuições notáveis ​​a esse respeito incluem quebra-mar semi e quarto-circular16,17, quebra-mar de placa18, quebra-mar em tandem19, quebra-mar de tubo flutuante20,21, quebra-mar de pilha22,23 etc. Junto com eles, os geossintéticos também são amplamente utilizados para várias aplicações de engenharia costeira. Os geossintéticos referem-se a uma ampla gama de materiais poliméricos naturais ou artificiais que podem ser usados ​​para várias aplicações de engenharia civil24. Os geossintéticos incluem geotêxteis, geomembranas, geogrelhas, etc. (usados ​​em aplicações de engenharia civil, incluindo construção de estradas, gerenciamento de resíduos, proteção de encostas, etc.), sendo os geotêxteis amplamente utilizados em aplicações de engenharia costeira25,26. As aplicações de geotêxteis na engenharia costeira incluem revestimentos27, aterros28, quebra-mar29, unidades de blindagem de quebra-mares30,31 e outras estruturas de proteção costeira8,12,32,33,34,35. Os recipientes de areia geossintética (GSCs) provaram possuir vários benefícios sobre as construções de rocha convencionais36. Pode fornecer uma ampla gama de unidades blindadas 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 declives mais acentuados quando comparado a estruturas convencionais. Outra característica atraente das construções geotêxteis é a capacidade de enchimento in situ do tubo ou recipientes com materiais disponíveis localmente, tornando a construção econômica e rápida39. Apesar do fato de as unidades GSC produzirem impacto visual, as vantagens mencionadas acima tornam as unidades geotêxteis preenchidas com areia uma alternativa viável às unidades de blindagem primária e secundária de um quebra-mar de monte de entulho convencional. Houve menos tentativas de quantificar o desempenho de unidades geotêxteis em uma estrutura de quebra-mar, motivando a prosseguir com o presente estudo.