Influência de estruturas costeiras na altura da superfície livre e campo de velocidades

Abstract

As estruturas costeiras de proteção portuária são muito comuns em Portugal e frequentemente necessitam de manutenção e reparação durante a sua vida de projeto. O conhecimento do campo de escoamento decorrente da interação das ondas com a estrutura costeira é fundamental para a compreensão dos fenómenos que ocorrem durante a vida útil das estruturas. Na prática é feito uma manutenção baseada em planos de observação das estruturas. O conhecimento do campo de velocidade ao longo do tempo, nas imediações da estrutura costeira, torna-se crucial para a compreensão dos processos físicos envolvidos e para validação de qualquer modelo matemático e/ou numérico a ser aplicado no projeto destas estruturas. Neste trabalho procedeu-se à medição das grandezas relevantes para a caracterização do campo de escoamento em redor de uma estrutura com perfil tipo de um quebra-mar e colocada num canal de ondas. Mediu-se a elevação da superfície livre ao longo do eixo longitudinal do canal e do tempo e o campo de velocidades ao longo do tempo e em diversos pontos ao longo do eixo longitudinal e para vários pontos ao longo da vertical, através de sondas resistivas e através do Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). Os estudos experimentais foram realizados no canal de ondas irregulares, COI3, do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, LNEC, simulando três diferentes condições de agitação regular incidentes. As dimensões do modelo utilizado tiveram em atenção não só as limitações físicas e de escala, como também a possível aplicação em futuros ensaios, de forma a efetuar análises comparativas. Os resultados permitiram identificar fenómenos complexos no campo de velocidades decorrente de fenómenos de empolamento, rebentação e reflexão causados pela presença da estrutura e verificar o aumento dos efeitos tridimensionais com a proximidade da estrutura.

Coastal structures are very common in Portugal and they often require maintenance and reparation during their project´s lifetime. The behaviour of a coastal structure depends on the flow characteristics which is influenced by wave and their interaction with the structure. For practical engineering, it is required a monitoring program based on measurement of relevant parameters that defined changes along the lifetime. The knowledge of both the water height and velocity fields close to the coastal structure, becomes crucial for understanding the physical processes that are involved and also for the validation of any mathematical and / or numerical model to be applied in the design of these structures. In this work, we looked at water depth and velocities along time in the vicinity of the structure, constructed with a typical slope of a rubble mound breakwater and implemented on a wave flume. We measured free surface elevation and velocities by means resistive probes and Acoustic Doppler Velocimeter. Experimental studies were carried out in the irregular waves´ channel, COI3 of the “Laboratório Nacional de Engenharia Civil” – LNEC where three different waves were produced. Regarding the model´s dimensions, physical limitations and the scale were taken into account as well as the possible use in future tests, in order to perform comparative analysis. The results enable the identification of complex phenomena in velocity field and several changes in the velocity field and height of the free surface caused by set-up, reflexion and wave breaking due to the presence of structure. The increase of three-dimensional effects in the vicinity of the structure was also verified.