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7. NOÇÕES DE HIDRÁULICA MARÍTIMA E PROTEÇÃO COSTEIRA Unidade Curricular: Hidráulica, Hidrologia & Recursos Hídricos Docente: Prof. Dr. H. Mata‐Lima Universidade da Madeira, 2010 Este documento foi escrito com base nas regras do novo acordo ortográfico. Homenagem ao Magnífico Prof. Doutor Ernâni Lopes

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7. NOÇÕES DE HIDRÁULICA MARÍTIMA E PROTEÇÃO COSTEIRA

Unidade Curricular: Hidráulica, Hidrologia & Recursos HídricosDocente: Prof. Dr. H. Mata‐LimaUniversidade da Madeira, 2010

Este documento foi escrito com base nas regras do novo acordo ortográfico.

Homenagem ao Magnífico Prof. Doutor Ernâni Lopes

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Homenagem ao Magnífico Prof. Doutor Ernâni Lopes

Situação Actual do País Solução para o Futuro

I hear, I forget;

I see, I remember;

I do, I understand.

Chinese Proverb

"When  you  can measure what 

you  are  speaking  about,  and 

express  it  in  numbers,  you 

know something about it ... and 

you  have,  in  your  thoughts, 

advanced  to  the  stage  of 

science".

William Thomson, Lord Kelvin, Irish Mathematician and Physicist, 1894

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7-5

Este documento foi elaborado essencialmente com intuito de apresentar noções básicas de:

teoria linear das ondas;

transporte de sedimentos na zona costeira;

proteção da zona costeira;

galgamento de estruturas marítimas.

NOÇÕES DE HIDRÁULICA MARÍTIMA E PROTEÇÃO COSTEIRA

Docente: H. Mata-Lima, PhD.Univ. Madeira

7-6

Figura. Perfil de praias de areia (U.S. Army Corps of Engineers, 1992).

CLASSIFICAÇÃO DA ZONA LITORAL: MORFOLOGIA

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Nearshore

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7‐7

Figura. Processo das Ondas na ‘Nearshore zone’(adaptada de U.S. Army Corps of Engineers, 1992)

CLASSIFICAÇÃO DA ZONA LITORAL: PROCESSO DAS DONAS

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐8

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraAspectos Relevantes

A  zona  costeira  (ZC)  é uma «zona  de  amortecimento»(‘buffer‘) natural  entre a  terra  e o mar; 

É uma  zona  altamente dinâmica  que  está sujeita  àtempestades,  variações sazonais,  e  outros  eventos  tais como  El  Niño,  tsunami, subida do nível do mar e subsidência da terra;

A  condição/estabilidade  da zona  costeira  é também controlada  pela  erosão  e acreção/deposição de materiais.

Fonte: Buscombe & Masselink (2006)

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7‐9

Aspectos Relevantes

A  zona  litoral  é uma  interface dinâmica entre a terra e o oceano. Corresponde  a  zona  onde  a energia das ondas se dissipa;

As  mudanças  na  zona  costeira podem  ter  origem  natural  ou antrópica    e  constituem o objecto de estudo da engenharia costeira;

A  intervenções  humanas  que visam  compor  a  “degradação” da zona  costeira  ou  alterar  os processos  de  transporte  de sedimentos  provocam perturbações na dinâmica da zona costeira.

Fonte: Buscombe & Masselink (2006)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

A circulação da água na  zona litoral  resulta  da  combinação de correntes oceânica, de maré(‘tidal’), induzida pelas ondas e pelo vento;

Os  sedimentos  (carga  sólida) movem‐se  na  direção  da corrente;

As  correntes  de  circulação causadas  pela  “rebentação  das ondas” (‘breaking  waves’)  são as  mais  importantes  para  o transporte litoral;

Fonte: Buscombe & Masselink (2006)

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7‐10

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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Na  dinâmica  litoral  é comum limitar‐se  a  abordagem  a circulação  desencadeada  pelas ondas;

Quando  a  onda  se  propaga  e rebenta na  surf zone,  a quantidade de  movimento  é transferida parcialmente  para  alterar  o  nível da água e gerar correntes.

Fonte: Buscombe & Masselink (2006)

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7‐11

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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5‐12

CORRENTE  ‘LONGSHORE’ – se a  rebentação das ondas ocorre segundo um  ângulo  oblíquo  em  relação  à linha  da  costa,  gera‐se  uma  corrente ‘longshore’ pelo gradiente da quantidade de movimento na ‘surf zone’

Quando a aproximação da corrente é normal à costa

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

a)O leito do oceano, em zonas pouco profundas (shallow water) próximas da costa, é constantemente  agitado  pela  passagem  das  ondas  marítimas.  Gorshkov  & Yakushova  (1967,  apud  Silveira  &  Varriale,  2005:  196)  referem  que  as  ondas marítimas  de  tempestade  podem  movimentar  areia  do  fundo  do  oceano  atéprofundidade de 200 m,  podendo manifestar‐se,  excecionalmente  até 400 m nas costas da Escócia.

b)O  transporte  de  sedimentos  na  zona  costeira  (‘nearshore’)  pode  ser  por arrastamento (‘bed load’) e/ou suspensão (‘suspended load’). O tipo de transporte varia em função do sedimento e das condições das ondas; 

c)O  cálculo  do  transporte  de  sedimentos  ao  longo  da  costa  (‘longshore  sand transport’) baseia‐se na relação empírica entre o taxa de transporte volumétrica e na  componente  ‘longshore’ do  fluxo  de  energia  da  onda  avaliado  na  zona  de rebentação (‘breaker zone’);

d)O fluxo de energia da onda – calcula‐se em termos da altura e período da onda;

e)As taxas (ou caudal) de transporte são expressos em m3/dia ou m3/ano.

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7‐13

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

VARIABILIDADE NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS:

a) A  taxa  de  transporte  de sedimentos  pode  variar  (e.g.  àescala  diária,  sazonal,  anual,  por evento…) significativamente num dado local;

b) Um evento de grande intensidade (e.g.  tempestade,  maré brava) provoca  variabilidade  na  largura da  praia  pela  modificação  do perfil  da  praia  (‘nearshore profile’)  e  pelo  transporte  do material  da  praia  para  ‘offshore’(zona afastada da costa);

Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1989: 5‐4).

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7‐14

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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VARIABILIDADE NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS (cont.):

c) Dependendo  do  ângulo  de incidência  do  trajecto  (‘track’),  as  tempestades  podem  também gerar  correntes  que  invertem  a direcção  do  transporte  ao  longo da costa (‘longshore transport’);

d) A  magnitude  e  direção  do transporte ao longo da costa pode variar  ao  longo  do  percurso devido  à transformações  das ondas ou mudança da atitude (e.g. ângulo/orientação)  da  linha  da costa.

Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1989: 5‐5)

Fonte: USACE (1995: 2‐8)

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7‐15

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐16

AS ONDASAs  ondas  marítimas  são  ondas  de 

gravidade  (resultantes  da  influência  do campo gravitacional) que se propagam na interface líquido‐ar;

As  ondas  são  a  força  dominante  que controla os processos na zona litoral;

A determinação das condições das ondas é um  requisito  para  se  estimar  as correntes e o transporte de sedimentos na costa;

As  ondas  influenciam  de  modo significativo  o  planeamento  e  o dimensionamento de estruturas costeiras;

A  onda  é o  principal  factor  na determinação da geometria e composição das praias.

Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1989: 4‐21)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐17

AS ONDAS: Teoria Linear da Onda, LWT (‘Airy wave theory’)As  ondas  no  oceano  apresentam  uma  variabilidade  (e.g.  mudam 

constantemente de  crista)  complexa,  sobretudo quando  sofrem  influência do vento;

Na  prática  corrente  assume‐se  que  as  ondas  são  simplesmente  periódicas, pelo que cada onda é exactamente igual às outras;

Assume‐se que a  superfície  livre  é sinusoidal  com uma amplitude  da  crista (ac).

H – altura da onda (m)

d – profundidade da água (m)

NMA – nível média da água (m)

ac – amplitude da crista (m)

λ – comprimento de onda (m)

λ

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

cava

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AS ONDAS: Teoria Linear da onda (continuação)

Figura. Definições de ondas elementares, sinusoidais e progressivas (USACE, 1989: 5­2). 

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

λ

(Fundo da calha – ou cava)

(Crista)

(Fundo ou leito)

(altura)

(amplitude)

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AS ONDAS: Teoria Linear da onda (continuação)Comprimento de onda (λ) ­­ Equação válida para água pouco profunda (‘shallow water’ d/λ < 1/25) ou de profundidade intermédia (1/25 < d/λ < 1/2).

Lo – é o comprimento de onda de águas profundas (ver tabela 3.1)

d – profundidade da água (m)                                                         Esta equação conduz a erro relativo inferior a 2% quando            d/Lo < 0,3;  T – período da onda (s)

Período da Onda (T)

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

0

21

0 312

LddL ππλ

22

0 56,12

TgTL ==π

cT λ

=

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

NOTA:

Quando λ >> d (e.g. situação correspondente as ondas marítimas  comuns  próximas  do  litoral  e  aos  tsunami mesmo  no  alto  mar)  significa  que  a  amplitude  da componente  longitudinal  é muito  superior  que  a amplitude da componente transversal;

A  amplitude  longitudinal  é independente  da profundidade, mas  a  transversal decresce  linearmente com a profundidade,  anulando‐se  próximo do  leito  do oceano. Continua no slide seguinte...

λ

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5‐20

AS ONDAS: Teoria Linear da onda (continuação)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Na  equações  que  se  seguem  a e  b devem  ser  interpretados  como  amplitudes  da componente transversal e longitudinal, respectivamente.

( )dzHHdza ≅,, ( )

kdHHdzb ≅,,

A equação da  componente  transversal  (a) demonstra que a  amplitude da  oscilação transversal é máxima na superfície (i.e. quando z = d) e decresce  linearmente com o aumento da profundidade (i.e. diminuição de z), anulando‐se no fundo (leito).

A equação da componente  longitudinal (b) demonstra que a amplitude da oscilação longitudinal da onda marítima é independente da profundidade, sendo muito maior do que a amplitude transversal.   

Pelo exposto, quanto maior o z (i.e. quanto maior a profundidade (d – z)) menor será o tamanho dos    semi‐eixos.  Próximo do  leito  do  oceano  (z = 0)  obtém‐se a =  0  o  que implica que a amplitude da oscilação transversal se anula, sendo máxima e igual a H na superfície do oceano (onde z= d).

λπ2

=kx

zy

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5‐21

Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1992)

AS ONDAS: Teoria Linear da onda (continuação)

ou λ

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐22

AS ONDAS: velocidade de propagaçãoElmore & Heald  (1985: 187) apresentam a seguinte equação da velocidade de propagação das ondas (c) na superfície de líquidos:

onde:

d ‐ é a profundidade da água; λ ‐ o comprimento de onda.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

λπ

πλ dgc 2tanh

2

Figura. Velocidade  das  ondas  vs  comprimento  da  onda para diferentes profundidades (Silveira & Varriale, 2005: 193).  

Existem  excepções em  que  a profundidade  do  mar pode atingir 10 km.

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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Docente: H. Mata‐Lima, PhD.Univ. Madeira 7‐23

EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO SOBRE AS ONDASConsidere que uma onda com comprimento de onde de 400 m ocorre numa zona onde a profundidade da água é de 2 km.

a) Determine a velocidade de propagação da onda.

b) Determine o período da onda.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

λπ

πλ dgc 2tanh

2m/s 25m/s 98,24 ≅=c

cT λ

= s 16=T

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

A informação sobre o limite de aplicação da LWT consta de USACE (1992: 3‐1).

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7‐24

STORM SURGE IN A ENCLOSED BASIN

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraSTORM SURGE / ONDAS DE TEMPESTADE COM VENTOS FORTES

A oscilação  (subida)  do  nível  de  água  numa bacia  fechada  (e.g.  lagos  e  reservatórios) causada pela tensão de arrastamento de vento é conhecida como ‘wind setup’ (elevação do nível da água provocada pelo vento).

dFUS

1400

2

=onde: S – set­up ou subidade em relação ao still­water level ‐ SWL (ft); U – velocidade  do  vento  (miles/h);  F  – fetch – extensão  da zona  de  influência  do  vento(miles);  e  d – altura média  da  água acima da fetch (ft).

A  velocidade  do  vento  (wind  speed)  é assumida,  por  defeito,  como  sendo  referente  àaltitude de 10 m (33 ft).  Nota: consulte http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_06/waves.shtml.

http://www.kennisbank­waterbouw.nl/CressHelp/A1.1/Z1.htm

Figure. Wave height  is dependent on a) wind speed; b)  fetch  length;  and c) duration of time the wind blows consistently over the fetch (Fonte: NOAA ‐ http://www.noaa.gov/).

R – nível máximo de espraiamento.Figura. Definição ilustrativa dos termos da wave set­up (USACE, 1989: 3­6).

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Docente: H. Mata‐Lima, PhD.Univ. Madeira 7‐25

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraQuando  os  registos  da  velocidade  do  vento  são  obtidos  para  qualquer  altura diferente  de  33  ft  (10 m),  a  velocidade  deve  ser  corrigida  como  se  apresenta  a seguir: 

ZZ URUZ

U 33

71

3333

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

onde: U33 ‐ é a  velocidade  do  vento  a  altura  de  33  ft; UZ – a  velocidade  do  vento medida a uma distância Z acima da superfície. Método válido para Z < 65 ft (20 m).

Docente: H. Mata‐Lima, PhD.Univ. Madeira 7‐26

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Curiosidade sobre o TSUNAMI:As ondas de tsunami podem ser geradas por diversas fontes, tais como as que a 

seguir  se  destacam:  i)  submarine  earthquakes;  ii)  volcanics  eruptions;  iii) landslides; iv) explosions. Os  tsunami podem  ter  comprimento  de  onda  (λ)  da  ordem  de  centenas  de 

quilómetros onde a profundidade do mar é de 5 km, ou seja d/λ<1/25. Portanto, aplica‐se a equação de shallow water ao cálculo da velocidade de propagação da onda  {i.e.  c =  (gd)1/2}.  Logo,  a  velocidade  de  propagação  dos  tsunami é muito superior a das ondas marítimas comuns. Por exemplo, para uma profundidade de 4 km tem‐se uma velocidade  de 713 km/h.

AS ONDAS: Energia Mecânica TransportadaA energia mecânica (E) transportada pelas ondas marítimas é expressa pela equação:

onde:  ρ ‐ é a  massa  volúmica  da  água;  g – aceleração  da gravidade; H – amplitude da componente transversal da onda; λ ‐ o comprimento de onda; e z – extensão da frente da onda.

zgHE λρ 2

21

=

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7‐27

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Figura. Movimento horizontal perpendicular ao declive continental (USACE, 1989: 4‐3).

O maior tsunami registado ocorreu, a 9 de  julho de 1958, no Alasca quando 90 milhões de toneladas de rocha e gelo desabaram dentro de uma baía (Lituya Bay) provocando uma onda  com cerca de 50 m de  água,  elevando  a  água  até 524 m (Bryant, 2001, apud Silveira & Varriale, 2005: 191).

Um  barco  de  12  m,  de  um  casal  de  navegadores,  foi  apanhado  pela  onda  e transportado  (como  se  tratasse  da  prática  de  surfe – ‘surfou’)  durante  alguns minutos e foi deixado ileso no alto mar. Os navegadores relataram que durante o surfe observaram,  a  uma  cota  inferior,  as  árvores  da  floresta  que  circundava  a baia (Tufty, 2001, apud Silveira & Varriale, 2005: 191).

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7‐28

Curiosidade sobre o TSUNAMI (continuação):

Em alto mar o tsunami possui amplitude pequena;A grande quantidade de energia  transportada pelo  tsunami em alto mar deve‐se  ao 

grande comprimento de onda (pode atingir centenas de quilómetros);Ao aproximar‐se da costa (zona de água pouco profunda) a velocidade de propagação 

(c) e o comprimento de onda (λ) baixam significativamente;Devido ao facto de haver pouca dissipação de energia, no processo acima referido, 

pode considerar‐se que a Energia transportada permanece constante (E1 = E2);

zgHE λρ 2

21

=

21 EE = 222211

21 zHzH λλ =

21

2

121

2

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

zz

HH

λλ

Um tsunami com amplitude transversal de 1 m e comprimento de onda de 200 km transporta, ao  longo do seu comprimento de onda, a energia mecânica de 1 GJ por metro da sua frente de onda.

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐29

AS ONDAS: Energia Mecânica Transportada (continuação)

Assumindo  que  a  extensão  da  frente  de  onda  se  mantém  constante  (i.e.  z1 =  z2)  a equação anterior transforma‐se em:

21

2

121

2

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

zz

HH

λλ Como a razão entre os λ

é igual a razão entre as c21

2

121

2

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

zz

cc

HH 2

1

2

121

2

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

zz

dd

HH

41

2

1

1

2⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

dd

HH

Exemplo de AplicaçãoConsidere  um  tsunami  que  passa  do  alto mar  (tendo  1 m  de  amplitude  transversal máxima  onde e a profundidade do mar é de 5 km) para uma região próxima da costa (onde  a  profundidade  do mar  é de  20 m).  Calcule  a  amplitude  transversal  máxima atingida na zona da costa.

41

2

m 20m 5000

m 1⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

H m 98,32 =H

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Docente: H. Mata‐Lima, PhD.Univ. Madeira

7‐30

AS ONDAS: RebentaçãoA ocorrência de rebentação da onda depende das seguintes variáveis:

um factor geométrico (k) relacionado com o fundo (leito) do oceano;

amplitude transversal máxima da onda (H);

período da onda (T)

kgT

HB r 2=

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Existe um parâmetro de rebentação da onda (Br)  (Bryante, 2001,  apud  Silveira & Varriale, 2005: 202):

A rebentação da onda ocorre quando Br > 1.

Nota: as ondas marítimas comuns causadas pelo vento apresentam períodos (T) muito inferiores aos de um tsunami.

Enquanto  que  mesmo  as  ondas  de  tempestade  apresentam  períodos  da  ordem  de poucas dezenas de segundos, nas ondas de um tsunami podem atingir até 30 minutos.

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7‐31

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraCuriosidade sobre o TSUNAMI (continuação):

À medida que o tsunami se aproxima da costa a amplitude cresce e o comprimento de onda reduz‐se (ver figura);Quando o tsunami alcança regiões de baixa profundidade da água é que adquire altura 

muito elevada (i.e. dimensão gigante); 

Figura.  Ilustração  das  características  da  onda  de  um  tsunami ao  aproximar‐se  da  costa. Nota­se  que  a  velocidade  de  propagação  e  o  comprimento  de  onda  diminuem  e  a amplitude aumenta.

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7‐32

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraCuriosidade sobre o TSUNAMI (continuação):

O tsunami que assolou Sanriku em 1896 passou despercebido aos pescadores que se encontravam a alguns quilómetros da costa, navegando em frágeis embarcações; após regressarem para casa  ficaram perplexos ao ver o cenário de destruição (Tufty 1987, apud Silveira & Variale, 2005: 201);Para  as  ondas  na  condição  λ >>  d (como  é o  caso  dos  tsunami)  a  amplitude  da 

componente  transversal é máxima na  superfície,  anulando‐se no  fundo do oceano.   A amplitude da componente longitudinal é muito maior que a amplitude da componente transversal máxima (i.e., na superfície).Exemplo: os turistas que mergulhavam em frente a uma das praias devastadas pelo tsunami de  26  de  dezembro  de  2004  relataram  que  estavam  próximos  ao  fundo  do  oceano  e  que apenas  sentiram  uma  corrente  forte.  Quando  regressaram  ao  barco, verificaram  que  os objectos estavam desarrumados. Tal desordem tinha sido causada pela agitação mais  forte que ocorreu na superfície.

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7‐33

Figura. Registo ilustrativo de agitação marítima (Goda, 1985). 

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraESTATÍSTICA DAS ONDAS MARÍTIMAS

Docente: H. Mata‐Lima, PhD.Univ. Madeira 7‐34

ESTATÍSTICA DAS ONDAS MARÍTIMASEstatística das ondas

A probabilidade de ocorrer uma onda com altura H [P(H)] é expressa pela equação que traduz a distribuição de Rayleigh:

Hrms – é a raiz quadrada da média das alturas da onda e caracteriza a distribuição das ondas (ver Tabela 3.3).

Para  ser  estatisticamente  descritiva  de  um  local,  as  observações  têm  que  ser registadas durante pelo menos 20 dias de cada mês ao longo de um período de três (3) anos. (USACE, 1989: 5‐8).

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−= 2

2

exp1rmsHHHP

21

1

21⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛= ∑

=

N

nnrms H

NH

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐35Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1992)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐36

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraESTRUTURAS DE PROTEÇÃO COSTEIRAALTURA DE PROTEÇÃO (segundo USACE, 1995: 2‐5)

A  seleção  da  altura  de  proteção  requer  que  se  considere  o  nível  máximo  da  água, previsão  de  deposição  de  sedimentos,  folga  (freeboard),   wave  runup  (altura  vertical acima  do  nível  de  repouso  – NR  ou  SWL  – que  a  onda  pode  atingir  na  estrutura)  e galgamento.Altura máxima da subida da onda acima do nível de repouso (Rmax)

ξξ

247,01286,1

max

max

+=

HR

21

2max2

tan

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

pgTHπ

θξ

onde: θ ‐ ângulo do revestimento da estrutura com o plano horizontal; Lp – comprimento de onda; Tp é o período máximo da onda (ou, em alternativa, o período médio de 1/3 das ondas maiores).

SWL

Figura.  Exemplo  de  estrutura  de  proteção costeira (adaptada de Brito (2007: 23).

θ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

pp L

dLH π2tanh10,0max ( ) pp TgdL 21

=

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7‐37

As figuras seguintes foram adaptadas de Brito (2007: 23).

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraGALGAMENTO de Estruturas de Proteção CosteiraO  caudal  de  galgamento  das  estruturas  costeiras  é função  de  vários  parâmetros conforme se apresenta a seguir:

q = f (Hs, Tm, β, Rc, h, g)

onde:  q – caudal  de  galgamento  por  unidade  de  largura  da  estrutura; Hs – altura significativa;  Tm – período  médio  da  onda  na  frente  da  estrutura;  β – ângulo  de incidência da onda; Rc – distância entre a cota de coroamento da estrutura e o nível de repouso; h – profundidade na frente da estrutura; e g – aceleração da gravidade.

Estrutura simples de talude permeável

h

7‐38

As figuras seguintes foram adaptadas de Brito (2007: 23).

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraExemplos de Estruturas de Proteção Costeira

Estrutura de talude permeável com muro cortina.

Estrutura de parede vertical Estrutura de parede vertical com talude emersoEstrutura de parede vertical com talude submerso

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7‐39

No  que  concerne  às  estruturas  simples  de  parede  vertical  o  caudal  de galgamento (ft3/ft) pode ser obtido pelo seguinte procedimento (USACE, 1995: 2‐6/7):

Dinâmica Litoral e Engenharia CosteiraGalgamento de Estruturas de Proteção Costeira

Estrutura de parede vertical

( ) ( ) ⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

⎟⎟⎟

⎜⎜⎜

⎛=

hFC

LH

FCCgH

Q2

31

02max

1021

3max

exp

onde: C0, C1, C2 – são coeficientes que assumem os valores de 0,338, – 7,385 e – 2,178, respectivamente;  F – folga  medida  desde  NR  até a  cota  do  coroamento/crita  da estrutura; h – profundidade da base da estrutura.Os restantes parâmetros já foram definidosanteriormente . 

F

h

NR ou SWL

π2

2

0pgT

L =

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7‐40Quadro. Equações para o cálculo de caudal galgado (Soliman, 2003, apud Brito, 2007: 23)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐41Quadro. Equações para o cálculo de caudal galgado (continuação).

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐42

MATERIAL LITORAL

O comportamento das praias depende essencialmente de:composição e tamanho dos sedimentos;

natureza  e  intensidade  das  ondas  e correntes próximas da costa (‘nearshore’).

O  sedimento  litoral  de  ilhas  vulcânicas corresponde  a  fragmentos  de  lavas  do basalto  ou  minerais  individuais procedentes de lavas.

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐43

TAMANHO DO MATERIAL LITORAL

O  tamanho  dos materiais  que  constituem o  sedimento  das  praias  varia  de grandes blocos a areia fina.

No âmbito da hidráulica marítima, a classificação do diâmetro do material éfeita de acordo com a escala phi (φ):

;  com D em mm

Quanto maior o valor do phi menor é o diâmetro do material.

Escala de classificação

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

φ−= 2D DD 102 log3219,3log −=−=φ

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7‐44

Erosão e Acreção (deposição)

Estudos  laboratoriais  e  medições  de  campo indicam  que  as  variáveis  seguintes determinam quando ocorre erosão ou acreção (deposição) na zona da praia.

Tabela de valores de w

Fonte: USACE (1992: 4‐4)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Declividade da onda

Parâmetro de velocidade de queda

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7‐45

Tabela de valores de w

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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7‐46

Exemplos de Obras de Protecção Costeira

Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1989: 5‐8)

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

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ESTABILIDADE DO MATERIAL (e.g. quebramar) DE PROTECÇÃO COSTEIRA:

onde: 

W – peso de cada unidade do material  a  ser colocado, lb (ou W50 para enrocamento);

H – altura da onda (ft)

KD – coeficiente  de  estabilidade  (valor tabelado – ver slide seguinte).

θ – inclinação  da  estrutura  em  relação  ao plano horizontal;

γ – peso volúmico (lb/ft3).Fonte: U.S. Army Corps of Engineers (1989:  5‐5)

Fonte: USACE (1995: 2‐8)

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7‐47

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

θγγ

γ

cot13

3

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

agua

sD

s

K

HW

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7‐48

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira

Fonte: USACE (1995: 2‐9)

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7‐49

Brito,  S.F.  (2007).  Estudo  do  Galgamento  em  Estruturas Marítimas.  Disserteção  de Mestrado  em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico (IST), Lisboa.

Buscombe, D., Masselink, G. (2006). Concepts in Gravel Beach Dynamics. Earth‐Science Reviews, 79: 33‐52.

Goda, Y. (1985). Random Seas and Design of Maritime Structures. University of Tokyo Press, Tokyo.

Silveira, F.L., Varriale, M.C. (2005). Propagação das Ondas Marítimas e dos Tsunami. Cad. Bras. Ens. Fís., 22(2): 190‐208. 

U.S.  Army  Corps  of  Engineers  (1989).  Environmental  Engineering  for  Coastal  Shore  Protection. Engineer Manual, EM 1110‐2‐1204, Washington, DC.

U.S. Army Corps of Engineers (1992). Engineering and Design. Coastal Litoral Transport. Engineer Manual, EM 1110‐2‐1502, Washington, DC.

U.S.  Army  Corps  of  Engineers  (1995).  Design  of  Coastal  Revetments,  Seawalls,  and  Bulkheads. Engineer Manual, EM 1110‐2‐1614, Washington, DC.

REFERÊNCIAS

Dinâmica Litoral e Engenharia Costeira