Revista de Gestão Costeira Integrada
Volume 13, Número 3, Setembro 2013, Páginas 301-316

DOI: 10.5894/rgci398
* Submission: 31 January 2013; Evaluation: 27 Febrary 2013; Reception of revised manuscript: 22 May 2013; Accepted: 27 July 2013; Available on-line: 30 july 2013

Avaliação experimental da influência de diferentes configurações da cabeça de quebramares destacados no comportamento morfológico da praia adjacente *

Experimental evaluation of the influence of detached breakwater head configuration in the morphological behavior of the adjacent beach

Rui China Pereira ^{@, 1}, F. Taveira Pinto ¹, Raquel Silva ¹,
Luciana das Neves ¹

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@ - Corresponding author
1 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias, Porto, 4200-465, Portugal. e-mails: Pereira - [email protected];
Pinto - [email protected]; Silva - [email protected]; Neves - [email protected]

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RESUMO
A costa atlântica portuguesa é submetida à ação da agitação marítima que se caracteriza por recorrentes tempestades de elevado potencial energético, que colocam em risco zonas urbanas, infraestruturas e áreas de significativo valor ecológico. A sua relevância a nível social, ambiental e económico para as comunidades locais e para o futuro de Portugal, obriga a que sejam definidos planos de intervenção na tentativa de proteger a linha de costa, minimizando o impacto da ação do mar. De modo a que o plano seja eficaz, é indispensável que exista um profundo conhecimento técnico e científico dos processos naturais em curso, bem como das possíveis soluções a aplicar.
O planeamento, definição e execução de uma estrutura de defesa costeira dependem da capacidade e características dos equipamentos disponíveis e dos métodos construtivos utilizados. No entanto, a evolução ao longo dos anos de instrumentos e técnicas utilizadas, permite conceber novas soluções, de modo a adaptar as intervenções tradicionais às maiores exigências atuais. É neste contexto que se enquadram as estruturas destacadas que procuram não só proteger a zona costeira através da redução da energia da agitação incidente, mas também contribuir para a melhoria das condições balneares e ajudar à rehabilitação dos ecossistemas locais.
Os quebramares destacados são, por norma, estruturas alinhadas de forma aproximadamente paralela à linha de costa, que funcionam como uma barreira à normal propagação da agitação incidente. A sua posição em relação à linha de costa interfere com a normal progressão da onda, reduzindo a altura e a energia da onda que por si passa em direção à zona de sombra. No seu dimensionamento, deve ser estudada a interação onda-estrutura, dependente dos parâmetros funcionais do quebramar (ex.: comprimento, orientação e distância à linha de costa), que determinam a eficiência da sua ação em termos de proteção e de controlo da erosão costeira. Com o objetivo de avaliar a eficiência dos quebramares destacados como estruturas de defesa costeira na costa oeste portuguesa, deu-se início a uma série de estudos na Secção de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente (SHRHA), do Departamento de Engenharia Civil (DEC), da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP). Num primeiro estudo foi proposto um quebramar destacado como solução de proteção para a frente urbana de Espinho. Na sequência deste estudo, foi efetuada a simulação numérica das condições hidrodinâmicas e morfodinâmicas, comparando-se a situação presente com o cenário de implantação do quebramar proposto. Os resultados das simulações sugeriram a necessidade de testar outras configurações para o quebramar e avaliar a sua influência na praia adjacente. O presente trabalho procurou analisar a influência da configuração da cabeça do quebramar destacado na evolução morfológica do perfil de praia adjacente, através de ensaios em modelo físico.
Especificamente, foi testada a influência de 3 configurações da cabeça de um quebramar destacado na evolução de uma praia, quando submetido a duas condições de agitação características da costa oeste portuguesa, em modelo físico com fundos móveis. Nos ensaios realizados, não foram observadas diferenças significativas nos padrões de transporte sedimentar em torno da estrutura. A areia transportada é retirada de zonas ao longo das faixas laterais à estrutura, sendo depositada na zona de sombra, ao longo do eixo central do modelo, mantendo-se assim constante o volume total de areia na praia. A ocorrência de galgamentos em alguns testes, com uma altura de onda significativa maior, instabiliza o padrão de recirculação de correntes na zona abrigada pelo quebramar, reduzindo a expressão das alterações observadas. Os resultados ilustraram que a configuração da cabeça do quebramar com forma cónica e declive menos acentuado tem um efeito positivo na estabilidade global da estrutura, minimizando as erosões localizadas na base dos taludes.

Palavras-Chave: Quebramares Destacados; Modelação Física; Evolução Morfológica; Linha de Costa; Laboratório de Hidráulica da FEUP.

ABSTRACT
The Atlantic coast of Portugal is exposed to rough wave climate conditions and frequently submitted to powerful storms, endangering waterfronts, infrastructures and natural landscapes. Due to the social, environmental and economic significance of these areas to the local communities and to the national progress, measures must be taken by the decision-makers to control and reduce the negative impacts from the wave action. In order to define effective plans, it is important that technical and scientific aspects of the natural processes are understand, as well as the impacts of the proposed solutions.
The planning, the design and the construction processes of a coastal structure depend on the characteristics and potential of the available equipment and of the construction methods applied. Over the years, new instruments and innovative techniques, allow the conception of new solutions, in order to adapt traditional interventions to the present demands. In this context, the detached breakwaters are known as structures that not only provide shelter from the waves, inducing the wave energy reduction, but that can also improve bathing conditions and local habitats adaptation.
A detached breakwater can, in general terms, be described as a coastal structure, built inside/near the surf zone, having an approximate orientation parallel to the coast. Due to its relative position to the coastline, the structure interferes with the normal wave propagation, reducing wave height and wave energy in the lee zone. During the design process of these structures, it is important to consider the wave-structure interaction, defined by their functional parameters (e.g.: length, orientation and distance to the shoreline), that establish their efficiency. Aiming to evaluate the efficiency of detached breakwaters as coastal defence structures in the west coast of Portugal, a series of studies was initiated in the Hydraulics, Water Resources and Environment Division (SHRHA), of the Civil Engineering Department (DEC), of Faculty of Engineering, University of Porto (FEUP). Firstly, a detached breakwater was proposed for the defence of the urban front of Espinho, located on the northwest coast of Portugal. Following this study, numerical simulation of the hydrodynamic and the morphodynamic conditions were performed. The present situation was compared with a scenario of implantation of the proposed breakwater. Simulation results suggested the need to test different configurations for the detached breakwater. This way, the physical modelling research study, here described, was conducted in order to analyse the effect of different configurations of, coastline parallel, detached structures in the adjacent coastline/beach.
Specifically, the influence of three different configurations for the head of a detached breakwater, when subjected to two wave conditions typical of the west coast of Portugal, was tested in a movable bed physical model. In the experimental tests, no significant differences were observed in the sediment transport patterns surrounding the structure. The transported sand was removed from lateral strips, being deposited in the breakwater lee, along the central axis of the model. The total volume of sand of the beach was maintained. The occurrence of overtopping in some of the tests, with higher significant wave heights, imbalances the recirculation currents patterns in the lee of the structure, reducing the expression of the registered changes. The results showed that the conical configuration of the breakwater head, with lower slopes, has a positive effect in terms of the overall stability of the structure and minimizes localized erosion in the breakwater toe.

Keywords: Detached Breakwater, Physical Modelling, Morphological Evolution, Coastline, Hydraulics Laboratory of FEUP.

 

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