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A engenharia costeira é um tipo de engenharia altamente especializada que foi projetada para lidar com as mudanças naturais e as mudanças feitas pelo homem nas zonas costeiras.
Uma solução de engenharia costeira bem pensada pode fornecer a proteção estrutural e não-estrutural contra as mudanças costeiras, e pode maximizar os efeitos benéficos enquanto minimiza os impactos adversos de potenciais soluções para áreas problemáticas em uma linha costeira.
A engenharia costeira envolve uma aplicação tanto da ciência física como da engenharia, e requer uma compreensão completa da área em questão para compreender completamente a natureza e complexidade do problema em questão.
Nos Estados Unidos, existem mais de 84.240 milhas de costa, com aproximadamente 41% dessa costa exposta ao mar aberto, e o restante protegido por baías, estuários e lagoas.
As vastas costas dos EUA variam consideravelmente em características, com linhas costeiras rochosas na Nova Inglaterra, pântanos na região do Médio Atlântico, falésias costeiras na Califórnia, e atividade pós-vulcânica no Pacífico Norte e Alasca.
A grande variação nos tipos de costas americanas demonstra a necessidade de um estudo aprofundado antes de realizar um projecto de engenharia costeira.
As praias e linhas costeiras têm certas defesas naturais contra a erosão causada por ondas, correntes e tempestades. Isto inclui uma inclinação próxima do fundo costeiro, que faz com que as ondas se partam ao largo, dissipando a sua energia sobre a zona de surf. Outras formas de protecção podem incluir dunas de protecção e bermas de praia que se formam ao longo do tempo devido à acção do vento e da água.
No entanto, ao longo do tempo, o desenvolvimento feito pelo homem ao longo das praias e costas danificou muitas destas protecções naturais contra a erosão.
Além disso, o uso de vias aquáticas para fins de transporte desviou o fluxo natural de água que pode acelerar a taxa de erosão. A perda potencial de terra devido à erosão por tempestades, ondas e correntes pode causar perdas monetárias significativas aos proprietários e investidores.
Um engenheiro costeiro pode frequentemente desenvolver soluções para ajudar a prevenir ou reduzir o risco de erosão nestas áreas. Para o fazer, um engenheiro deve compreender não só os princípios básicos de engenharia, mas também as forças naturais que causam a erosão em primeiro lugar.
Um projecto de engenharia costeira desenvolve-se em três fases.
Primeiro, um engenheiro deve realizar um estudo para compreender o sistema físico em jogo na linha de costa, e a resposta da linha de costa a estas forças.
Segundo, o engenheiro deve projetar obras costeiras para atender aos objetivos do projeto que estão dentro dos limites do impacto costeiro aceitável.
Terceiro, o engenheiro deve supervisionar a construção das obras costeiras e monitorar o seu desempenho para garantir o desempenho adequado.
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Este artigo irá discutir as duas primeiras fases: estudo da linha de costa e exame das opções para projectos de obras costeiras.
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Fase Um: Estudo da linha de costa
Antes de qualquer trabalho poder começar num projecto de engenharia costeira, o engenheiro deve primeiro empreender um estudo compreensivo da linha de costa envolvida para compreender completamente a dinâmica dos elementos envolvidos.
Projetos costeiros são únicos, pois envolvem a intersecção de ar, terra e água, com condições que mudam frequentemente. Um engenheiro deve observar cada elemento, incluindo o oceano e a praia, bem como como a praia responde a vários eventos, tais como tempestades, para obter um entendimento de como projetar o projeto de obras costeiras.
Como um assunto inicial, o engenheiro deve pesquisar o intervalo de marés para a localização geográfica específica. Esta informação pode ajudar um engenheiro a compreender o nível em que as ondas irão atingir a praia.
Simplesmente, a informação de corrente e de ondas pode informar como a água se acumula contra a terra ou como a água irá subir durante uma tempestade.
Próximo, os engenheiros devem examinar a própria praia para determinar o tipo de sedimentos presentes e a inclinação da praia. Estes factores são uma consideração importante na construção de um projecto de obras costeiras.
Como regra geral, partículas de areia maiores tendem a ser encontradas em praias mais íngremes, enquanto praias suavemente inclinadas tendem a ter grãos de areia mais finos.
Os engenheiros devem também ter em consideração as várias protecções naturais que uma área costeira pode ter.
As ilhas Barrier são uma forma importante de protecção física para certas linhas costeiras, particularmente ao longo da costa atlântica a sul de Long Island. Em teoria, estas ilhas protegem o continente das ondas; no entanto, muitas foram tão desenvolvidas que as suas próprias costas também podem precisar de protecção.
As ilhas são corpos de água rasos que separam uma praia barreira do continente. As lagoas estão ligadas ao oceano por uma enseada.
Estas enseadas podem proporcionar passagem de navegação para o mar e podem permitir que o material da praia removido pelas tempestades seja transportado de volta para o mar. A mudança das condições pode resultar em certas bocas para fechar enquanto novas bocas abrem.
Por meio de pesquisas, os engenheiros notarão a resposta histórica das praias às mudanças das condições. As linhas costeiras têm duas respostas dinâmicas primárias ao mar: uma resposta às condições normais e uma resposta às condições de tempestade.
Durante condições normais, a energia das ondas do oceano é tipicamente dissipada pelas defesas naturais da praia, tais como fundos inclinados próximos à costa e o desenvolvimento de dunas naturais protetoras.
No entanto, durante as tempestades, a energia massiva das ondas frequentemente requer que as praias sacrifiquem grandes quantidades de linhas costeiras. Isto pode resultar numa perda permanente de terra.
Durante tempestades, ventos fortes geram ondas altas e íngremes, e podem levar a tempestades que permitem que as ondas atinjam partes da praia que normalmente não estão expostas à água.
Estas ondas são então capazes de corroer a praia, a berm, e por vezes as dunas, transportando o material para o fundo nearshore até formar uma barra offshore. Esta barra então servirá para quebrar as ondas mais longe da costa, protegendo a praia.
Em tempestades severas, tais como furacões, não é incomum que níveis elevados de água de tempestades provoquem a erosão total ou parcial de uma duna em poucas horas. A praia essencialmente sacrifica parte da praia e da duna para construir uma barra offshore, evitando maior erosão.
Acima do tempo, a praia que foi corroída por uma tempestade pode ser devolvida a ela pelas ondas. No entanto, a perda de terra pode ser permanente, especialmente se a tempestade foi particularmente violenta ou a erosão foi significativa.
Os engenheiros também devem ser responsáveis pelo que é conhecido como transporte de areia em terra firme, que é o movimento de sedimentos tanto paralelos como perpendiculares à costa. Resulta da agitação do sedimento pela quebra das ondas, e do movimento deste sedimento pela energia das ondas e pela corrente.
O sedimento que se move desta forma é conhecido como matéria littoral. Ele pode variar consideravelmente de acordo com a estação, o dia e até de hora a hora. Em áreas com ilhas de enseadas e barreiras, o transporte de longo curso pode ser interrompido, prendendo areia em lagoas.
A estabilidade da linha de coral é um dos principais objectivos de um projecto de engenharia costeira. Uma praia é considerada estável quando as taxas de longo prazo de abastecimento e perda de areia são iguais.
Existem muitas forças em obra que podem contribuir para a erosão e perda de areia da linha costeira, cada uma das quais deve ser considerada por um engenheiro costeiro antes de se iniciar um projecto.
Tal pode incluir causas naturais, tais como a subida do nível do mar, variabilidade no abastecimento de sedimentos, ondas de tempestade, ondas e surtos, deflação, transporte de sedimentos a longa distância, e classificação dos sedimentos da praia.
Também pode ser causado por seres humanos, o que pode ocorrer devido ao subsidio da terra pela remoção de recursos subsuperficiais, interrupção do transporte de material, redução do fornecimento de sedimentos, concentração de energia das ondas nas praias, aumento da variação do nível da água, alteração da protecção costeira natural, ou remoção de material da praia.
Cada um destes factores deve ser tomado em consideração quando se estuda uma linha de costa em antecipação a um projecto de engenharia costeira.
>Fase Dois: Concepção de Obras Costeiras
A partir do momento em que um estudo da linha de costa tenha sido concluído, um engenheiro costeiro deve considerar a seguir o tipo de projecto de obras costeiras que é apropriado para a área.
Embora características naturais como as dunas e bermas de praia possam proporcionar um certo nível de protecção, quando estas tenham sido corroídas por tempestades ou diminuídas pelo desenvolvimento humano, sem obras costeiras, as ondas e tempestades podem danificar a praia, a propriedade à beira-mar e mais além.
A primeira solução que muitos engenheiros costeiros irão considerar para a protecção da costa são protecções quase naturais, tais como, construir artificialmente dunas de areia ou alimentação da praia.
Estes métodos podem ajudar a reter a praia em si, dissipar a energia das ondas, e restaurar a duna como uma defesa contra tempestades e ondas.
A alimentação da praia tem o benefício adicional de alargar a própria praia, aumentando o seu valor recreativo.
No entanto, estas opções são apenas correcções temporárias e não serão soluções viáveis para a erosão a longo prazo causada pela subida do nível do mar ou por uma diminuição da oferta de sedimentos no sistema litoral.
Se for necessária uma solução mais permanente para a erosão para proteger os empreendimentos costeiros, devem ser construídas estruturas construídas pelo homem.
Estes projectos enquadram-se em duas categorias: (1) estruturas concebidas para evitar que as ondas cheguem a uma zona portuária, tais como anteparas, muros de mar, revestimentos ou quebra-mares, e (2) estruturas utilizadas para evitar o transporte a longa distância de deriva litoral, tais como virilhas e molhes.
A primeira categoria de estruturas é construída em terra para dar protecção à praia superior que faz frente ao desenvolvimento da costa ou a azinhagas erodíveis.
As cabeças de praia e as paredes do mar têm desenhos semelhantes, mas variam na finalidade.
As paredes do mar são principalmente concebidas para resistir às ondas e reter algum solo, enquanto as anteparas são principalmente concebidas para reter o solo e também para resistir às ondas. Elas podem ser construídas de aço, madeira, estacas de concreto, gabiões, ou montes de entulho.
Bulkheads não oferecem proteção suficiente para locais expostos ao oceano devido à erosão da costa e flanqueamento. As anteparas devem ser combinadas com outros tipos ou proteção ou ampliadas para suportar as ondas diretas.
As anteparas podem ter faces verticais, curvadas, escalonadas ou inclinadas. Enquanto as paredes do mar protegem o planalto, elas podem criar um problema localmente, pois forças descendentes podem remover areia na frente da parede. Aventais de pedra podem evitar o excesso de erosão e minagem.
Revetments geralmente são feitos de uma ou mais camadas de pedra de pedreira ou unidades de armaduras de concreto pré-fabricadas com uma camada de filtro sobrepondo uma inclinação de solo graduada in situ.
O propósito de um revestimento é proteger a face de inclinação existente de uma duna. Eles não são uma estrutura de retenção, mas servem como uma espécie de armadura para uma duna ou aterro mais estável.
Os revestimentos têm um efeito menos adverso na praia do que uma antepara vertical, porque a sua face inclinada pode dissipar a energia das ondas.
As águas de rebentação são barreiras que são projetadas para proteger qualquer tempestade ou área de água das ondas através da absorção da energia das ondas. Como estas estruturas são construídas no mar, elas custam mais para construir do que estruturas em terra, tais como paredes do mar, e são usadas principalmente para proteção portuária e propósitos de navegação.
Breakwaters podem ser feitas de várias maneiras, incluindo paralelas à costa, destacadas e segmentadas. Os quebra-mares são tipicamente construídos com secções de entulho, com camadas de pedra blindada e material do núcleo.
Como é que são construídos, podem reduzir o transporte de sedimentos a longa distância, resultando na acumulação de areia e na erosão da praia.
O bombeamento de areia de onde se acumulou até à praia erodida tem sido uma forma de os engenheiros costeiros terem lidado com este problema.
A segunda categoria de estruturas foi concebida para evitar o transporte de sedimentos a longa distância da costa.
Incluem-se aqui as virilhas, que é uma estrutura de barreira que se estende desde uma costa até à zona litoral.
Os grãos são normalmente construídos em série ao longo do comprimento de uma praia a proteger, de forma a modificar o movimento da areia, com o objectivo final de acumular areia na costa ou evitar a perda de areia.
Os grãos têm o potencial de impactar negativamente outras praias, uma vez que a areia retida não estará disponível para elas, pelo que a areia terá muitas vezes de ser colocada artificialmente para evitar danos e erosão nessa linha costeira.
Os grãos podem ser construídos utilizando madeira, aço, betão ou pedra de pedreira, e são classificados como altos ou baixos, longos ou curtos, permeáveis ou impermeáveis, ou, fixos ou ajustáveis.
Jetties são usados nas entradas para proteger as embarcações das forças das ondas, controlar o movimento da areia ao longo das praias para evitar que ela se acumule no canal, e para estabilizar a posição do canal de navegação.
Jetties são freqüentemente necessários em ambas as extremidades de uma entrada para proteger um canal e evitar que ele se encha de areia devido ao transporte de longo curso.
Podem ser construídas com uma variedade de materiais, incluindo madeira, aço, betão ou pedra de pedreira.
Como as virilhas, os molhes podem causar um impacto adverso nas praias à deriva, impedindo o transporte de areia em terra firme. Para minimizar a erosão dessas praias, alguns projetos prevêem o bombeamento de areia do cais para a praia de deriva descendente.
Tipicamente, os projetos de obras costeiras são melhor projetados como projetos de grande escala e abrangentes. A proteção para lotes individuais ou projetos menores tende a falhar, já que a linha costeira adjacente continuará a sofrer erosão. Medidas parciais de protecção podem acelerar esta erosão.
Acção coordenada numa área regional é mais eficiente, eficaz e económica.
A Importância dos Projectos de Engenharia Costeira
Conservar areia através de projectos de engenharia costeira bem planeados é vital para preservar praias e proteger propriedades e investimentos ao longo das costas dos Estados Unidos.
Embora as praias tenham um certo grau de protecção natural contra a erosão, tempestades e desenvolvimentos causados pelo homem podem resultar no retrocesso das praias – e um elevado potencial de danos em casas, empresas e infra-estruturas no caso de uma tempestade.
A engenharia costeira pode resolver muitos destes problemas através de projectos estratégicos, tais como dunas de areia artificial, muros de mar, revestimento, quebra-mares, molhes, virilhas e anteparas.
Estes projectos são complexos. Eles requerem uma compreensão profunda tanto dos princípios de engenharia como da ciência por detrás de como e porquê a erosão está a ocorrer num determinado local.
Após um estudo cuidadoso e um processo de concepção, um projecto de obras costeiras pode ajudar a prevenir a erosão e proteger tanto a praia como as propriedades numa região costeira.
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