Estudo laboratorial do comportamento de uma estrutura de defesa costeira aderente com alimentação de areias

ESTUDO LABORATORIAL DO COMPORTAMENTO DE UMA ESTRUTURA DE DEFESA COSTEIRA ADERENTE COM ALIMENTAÇÃO DE AREIAS MIGUEL CARLOS VEIGA VAZ PEREIRA Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL – ESPECIALIZAÇÃO EM HIDRÁULICA _________________________________________________ Orientador: Professor Doutor Fernando Francisco Machado Veloso Gomes JUNHO DE 2015 Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2014/2015 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  [email protected] Editado por FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  [email protected]  http://www.fe.up.pt Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil – 2014/2015 – Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2015. As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir. Este documento foi produzido a partir de versão eletrónica fornecida pelo respetivo Autor. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias iii Deus ao mar o perigo e o abismo deu Mas nele é que espelhou o céu Fernando Pessoa Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias iv Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias v AGRADECIMENTOS Um agradecimento especial ao professor Fernando Veloso Gomes, pela orientação e incentivo ao longo de todo o processo de elaboração da tese e ainda pelo despertar do interesse pela temática em discussão na disciplina de Trabalhos Marítimos lecionada no primeiro semestre. Aos elementos do IHRH, Paula Pinto e Esmeralda Miguel, pela simpatia e pela ajuda durante o processo final da entrega da tese. Ao Sr. Miguel e à Crina pela ajuda nas atividades laboratoriais. A componente laboratorial deste trabalho insere-se no projeto de investigação GEOPROTEC. À turma de hidráulica, pelo seu espírito coletivo motivador. Aos meus amigos, por proporcionarem os momentos de diversão e descontração entre as diversas etapas de trabalho árduo. Aos meus pais, pelo apoio incondicional que sempre me transmitiram, em qualquer fase da minha vida. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias vi Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias vii RESUMO A zona costeira portuguesa tem um impacto extremamente relevante tanto a nível social como económico e cultural. O reforço da proteção dessa mesma zona costeira deve ser tido em conta como um dos pontos fulcrais na sua gestão. O contínuo estudo das soluções existentes, a consideração de novas alternativas ou complementos a essas soluções, e a evolução técnica resultarão no enriquecimento dos conhecimentos já obtidos e portanto, num maior leque de opções disponíveis. A necessidade de proteção aos edificados urbanos, muitos deles perigosamente próximos da linha da costa, devido ao recuo da mesma, resulta na utilização de estruturas de defesa costeira, entre as quais as aderentes, que são usualmente consideradas como a última defesa contra possíveis riscos de inundações. A alimentação artificial com areias é uma solução que pode ser utilizada individualmente ou em conjunto com estruturas de defesa costeira. Sendo uma solução de cariz natural, pode ser a opção mais vantajosa ao nível dos custos comparativamente a uma solução com uma estrutura maciça. Para esta tese, estudaram-se vários tipos de estruturas que envolviam combinações das duas soluções, a fim de verificar a eficácia das mesmas. PALAVRAS-CHAVES: Erosão costeira, estruturas de defesa costeira, alimentação artificial, modelação física. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias viii Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias ix ABSTRACT The Portuguese coastal area has an extremely relevant impact on social, economic and cultural levels. The reinforcement of the structures built on that area is one of the most important aspects in its management. The continuous study of the existent solutions, the consideration of new alternatives or complements to those solutions, and the technical advance will add knowledge and make a wider range of solutions available. The need to protect the buildings endangered by the wave action and the retreat of the coastal line, justifies the construction of defense structures, such as revetments, that will function as the last land defense. Beach nourishment is a solution that can be applied alone or in conjunction with coastal defense structures. It is a natural solution so its cost will be low compared to mass structures and it will be environmental-friendly. The purpose of this master thesis is to compare several structures, that will use combinations of both solutions, and to determine which is the most efficient. KEYWORDS: Coastal erosion, coastal defense structures, beach nourishment, physical modelling. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias xvi NOMENCLATURA LETRAS LATINAS PEQUENAS d profundidade da água dNM profundidade da água com nível médio dPM profundidade da água com preia-mar y profundidade de água g aceleração da gravidade LETRAS LATINAS MAIÚSCULAS AF parâmetro para a areia a colocar AN parâmetro para a areia nativa B altura do coroamento em relação à linha de água D diâmetro do cilindro teórico DC profundidade de fecho Fr número de Froude FG Força de gravidade FI Força de inércia H altura de onda Hp altura de onda no protótipo Hm altura de onda no modelo KD coeficiente de estabilidade RA fator de empolamento T período de onda Tp período de pico médio no protótipo Tm período de pico médio no modelo V volume de areia Wc diâmetro do cilindro ovalizado W peso dos blocos Wp peso dos blocos Wm peso dos blocos Wd largura da crista da duna Wadd distância de translação do perfil Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias xvii ACRÓNIMOS FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto GTL Grupo de Trabalho para o Litoral SBEACH Storm Induced Beach Change Model ZH Zero Hidrográfico PM Preia-Mar BM Baixa-Mar NM Nível Médio LETRAS GREGAS α ângulo do talude γ peso volúmico do material dos blocos γw peso volúmico da água λl escala das distâncias λT escala dos tempos λW escala do peso dos blocos de enrocamento ρ massa volúmica Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 1 1 INTRODUÇÃO 1.1. ENQUADRAMENTO Uma estrutura longitudinal de defesa costeira é uma obra de engenharia que implantada ao longo da “linha da costa”, tem por função a defesa em relação às ações do mar (erosões, galgamentos). As estruturas longitudinais de defesa podem ser de vários tipos, as chamadas aderentes se ligadas à linha costeira e as denominadas destacadas, se, embora paralelas à linha da costa, dela estão separadas. Para o presente estudo só tem pertinência a estrutura longitudinal aderente. A função de defesa costeira cada vez se torna mais necessária. Constitui uma resposta ao fenómeno das ação do mar causada pela energia da agitação marítima associado às marés, correntes, cheias e ventos. As alterações climáticas podem estar a agravar os fenómenos nos últimos anos. As chamadas “invasões de mar” são registadas pelo menos desde os finais do séc. XIX. E para fazer face ao avanço do mar e à erosão costeira consequente nasceram os paredões. O primeiro, em Espinho, no ano de 1909, a que curiosamente se deu o nome de “muralha”, com a extensão de 354 metros e com uma estrutura em estacas. Só que, apesar do seu sugestivo nome, haveria de ruir logo no ano seguinte devido à intensidade da agitação marítima e do temporal que então se fez sentir. A população portuguesa vive maioritariamente ao longo ou próximo da costa. O facto de aglomerados urbanos se encontrarem perto da zona costeira e da costa portuguesa se encontrar exposta a um nível de agitação muito energético justificam a implementação de soluções estruturais que reduzam a erosão provocada pelas ondas e que possibilitem um perfil condizente com um adequado nível de segurança e que seja propenso a ter boas condições para a prática balnear. A erosão costeira é um tema que pode ser mediático em todas as estações. Nas estações quentes porque a afluência às praias traz ao de cima as limitações de espaço causadas pela perda sedimentar, com as implicações que acarreta no turismo e no inverno porque se assiste em direto a fenómenos erosivos e galgamentos. Mas é, outrossim, um tema recorrente desde há décadas. Um problema que, afinal, não é novo e que persistirá no futuro, certamente a colher cada vez maior atenção quer pelas consequências que acarreta quer pelas verbas necessárias para as intervenções de defesa. O “combate” aos problemas erosivos e de inundação que desencadeia vai sendo levado a cabo através de ações que paralelamente caminham. Um, o dos estudos quer efetuados nos meios académicos quer concretizados por grupos de trabalho ministeriais, e outro, o da execução no terreno das intervenções que se mostram necessárias à minimização da erosão e das suas consequências negativas. Caminhos Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 2 paralelos porque não haverá boa execução de obras sem a sustentação científica que os primeiros fornecem. A montante tem de haver necessariamente uma resposta política, com elaboração de uma estratégia de defesa da orla costeira, definindo objetivos e prioridades e traçando metas, com a participação das várias entidades a quem cabe gerir a costa no sentido de um trabalho integrado. Há quem proponha mesmo a criação de um Instituto do Litoral com a gestão de toda a costa. E haja ou não intempéries ou tempestades fora do normal, a erosão (perda sedimentar) veio para ficar. Continuar-se-á a ouvir falar de emagrecimento de praias, degradação de arribas, desaparecimento de dunas, de reabilitação de estruturas de defesa pesada, de demolições de edificações em risco. Passaram a ser familiares ao grande público termos como orla costeira, défice sedimentar, dragagens, esporões, enrocamentos, molhes, etc. Trabalho que vai persistir no futuro durante muitos anos e que é exigente em termos de custos. Mas que acaba por ser prioritário mesmo no quadro de contenção financeira em que se vive. Figura 1 – Erosões e paredão de Espinho, por volta de 1909 [1] A construção das estruturas de defesa faz parte daquilo que a se convencionou chamar de política “curativa”, com cariz “reativo”. Mas, nos últimos decénios, porque o problema se generalizou a toda a costa, porque o risco aumentou e porque os custos dos efeitos negativos se começam a tornar relevantes está a optar-se por uma política de prevenção, para minimizar os problemas de erosão e de risco de destruição do edificado. Em termos de prevenção há que assinalar os diplomas legais e as diretivas políticas de regulamentação das atividades nas áreas de risco. Neste último grupo não pode deixar de se assinalar a publicação dos Planos de Ordenamento da Orla Costeira, que na sequência da publicação do DL nº 309/93 de 2 de setembro e DL nº 151/95 de 24 de julho, viram a luz. É que, o primeiro passo para gerir a pressão Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 3 humana e urbana sobre a linha de costa é exatamente controlar a construção e a ocupação nas zonas de risco. Uma linha de costa “natural” será mais vulnerável e recuará mais rapidamente quanto maiores forem os níveis das marés, a ação da energia da onda e quanto mais frágeis forem as defesas naturais (casos das áreas de baixa altitude) e se houver uma diminuição da quantidade de sedimentos transportados (Veloso Gomes, 1995). Hoje já não há lugar para intervenções desgarradas. Os instrumentos de ordenamento impõem quer uma atuação concertada das várias entidades com competências in situ quer uma estratégia global de intervenção ao longo de grandes áreas do litoral. A intervenção há-de ser prevista no todo e não parcela a parcela. Por isso, e bem, o Plano Estratégico da Intervenção de Requalificação e Valorização do Litoral Norte intervencionava uma área de 5000 ha e uma frente costeira de 50 km. Aquela articulada concertação institucional há-de aliar-se a uma simplificação dos meios legais e jurisdicionais. Os mapas de vulnerabilidade e risco têm de estar elaborados e atualizados. A manutenção ou o reforço das obras pesadas de proteção costeira há-de fazer-se atempadamente. A fiscalização das ilegalidades tem de ser eficaz. Porque a gestão há-de ser não só integrada mas também sustentável. E temporal e espacialmente adequada. Os riscos também são múltiplos e diversificados. As questões suscitadas são as mais variadas, desde como manter a estabilidade costeira, (é isso possível?), como salvaguardar os sistemas dunares, como defender o edificado, como responder à insistente pressão humana de ocupação do litoral, como limitar a construção nas áreas de risco, como acabar com os chamados “direitos adquiridos” em áreas de risco, como compatibilizar no interface como compatibilizar no interface terra/mar as atividades, até que ponto e até quando devem ser realizadas ir as operações de alimentação artificial com areias, quais as ações antrópicas a proibir, como respeitar os valores ambientais, a opção deve privilegiar as obras leves ou as pesadas, como atenuar os impactes negativos das obras de engenharia realizadas, etc. “Só melhorando as capacidades de simulação para diversos cenários será possível “isolar” os impactes negativos associados às estruturas de defesa.” Do resultado dos testes se apurará uma melhor deteção e compreensão dos reais problemas, se identificarão tendências e se fornecerá um suporte académico para a tomada de decisões e para o planeamento de obras. E, não menos importante, se poderá aquilatar do custo – benefício das mesmas. As estruturas de defesa costeira além de serem construídas em locais instáveis e em condições técnicas muito difíceis, operam em situações muito adversas, o que lhes traz características muito próprias. Com uma vulnerabilidade endémica. Porquê? Desde logo, se são implantadas em formações arenosas, móveis por natureza, não têm fundações estáveis. O que as obriga a uma flexibilidade suficiente para adaptação a novos fundos. Depois, os locais onde estão implantadas constituem zonas terrestres de recuo permanente, porque sujeitas a erosão. O que pode originar corte pelo enraizamento. Por outro lado, preocupações ambientais e de não intrusão na paisagem obrigam a que as cotas de coroamento se quedem em ponto de não agressão da linha de horizonte visual. Depois, se lhes faltar enchimento com areias mais vulneráveis se tornam. No inverno as condições climatéricas ou a impedem ou dificultam a construção de estruturas, no verão as praias enxameadas de turistas não são favoráveis a obras. São vulneráveis a acontecimentos extremos, ou a acontecimentos persistentes, ou a grandes movimentos de areias ou à falta de manutenção ou reparação. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 4 Os problemas financeiros do Estado impedem ou limitam fortemente a monitorização e manutenção periódica dessas obras. Veloso Gomes (1995), descreve as roturas nas infra-escavações, os deslizamentos do manto, os galgamento com danificações do coroamento, os galgamentos com danificação da plataforma ou arruamento marginal, os deslocamentos de uma percentagem dos blocos do manto, os ravinamentos por ação de escoamentos pluviais e o colapso global como modos de rotura ou colapso que na estrutura longitudinal podem ocorrer. E se demonstrada está a vulnerabilidade, necessário se torna estudar como minimizá-la, se eliminá-la se não consegue. Donde o estudo laboratorial se apresenta como decisivo para uma boa formulação quer do estudo, quer da conceção quer da execução de tais obras de engenharia. Quanto mais dados se obtiverem e quanto maior for a fiabilidade dos mesmos maior êxito se terá na projeção, conceção, execução e manutenção da obra. No decurso da preparação deste trabalho ocorreu a oportunidade de in loco visitar o caso de Mindelo, um bom exemplo da forte erosão costeira, onde se reconstruía em 2015, uma estrutura longitudinal aderente em enrocamento. Na praia do Mindelo, onde existia um aglomerado urbano, desde 1968 até 200 verificou-se um recuo da duna frontal de 50 metros, atingindo os 100 metros em alguns locais (taxa média anual de recuo entre 1,5 a 3 metros). A praia é hoje uma estreita faixa de areal. O estudo do Grupo de Trabalho para o Litoral criado por Despacho nº 6574/2014, de 20/05 (GTL) anotou que as praias que se estendem desde o porto da Póvoa de Varzim até à foz do Ave e ao respetivo porto apresentam-se em geral estreitas (a comparação da fotografia aérea de 1996 e 2001 revela ligeiros recuos na posição da linha de costa), de areia grossa e com afloramentos rochosos. Concretamente a do Mindelo apresenta afloramentos rochosos que lhe deveriam conferir alguma proteção natural, no entanto a frente urbana interrompe o cordão dunar. No Mindelo, a linha de costa tem estado nos últimos anos em clara e evidente regressão. A regressão que se verifica em toda a freguesia justificou avultado investimento na construção de obras de proteção aderente. A zona norte está protegida por enrocamento, mas a sul são evidentes as escarpas de erosão. O enrocamento serve aí para, além de estabilizar a longitudinalidade da linha de costa, (onde antes estiveram dunas), defender os arruamentos, parque de estacionamento e habitações do ímpeto das ondas, galgamentos e demais ações energéticas do mar. No GTL a praia do Mindelo foi integrada na cédula sedimentar nº 1 que vai da foz do Minho à Nazaré, e dentro dessa cédula na sub-cédula do Minho ao Douro. Sub-cédula com costa rochosa baixa, e como toda a cédula, com clima de agitação fortemente energético. Aqui o fornecimento sedimentar associado aos Rios Minho, Lima, Cávado e Ave é “claramente insuficiente para saturar a deriva litoral potencial”. Ou seja, os rios constituem a principal fonte sedimentar mas a deriva litoral potencial é superior à deriva real. Nessa sub-cédula a redução no fornecimento sedimentar de natureza fluvial gerou quer o generalizado recuo das praias arenosas quer a substituição das praias de areia por praias de cascalho. Veloso Gomes, in “A Gestão da Zona Costeira Portuguesa”, RGCI, 2007, integra o troço Árvore a Mindelo em “situações muito críticas, em termos de segurança, de diversas frentes edificadas em zonas Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 5 vulneráveis, em risco de exposição às ações diretas e indiretas do mar ou dependentes de estruturas de defesa costeira.” O edificado de Ofir/Esposende, já não existiria se não fossem as obras de defesa da frente urbana. Figura 2 – Estrutura aderente no Mindelo, já na fase final da construção A configuração do litoral e da costa é um processo dinâmico, em constante evolução, na dialética do confronto entre a natureza e do homem, entre as causas de alteração geodinâmicas e antrópicas. Na oposição entre valores ambientais e interesses económicos. Na luta entre o ordenamento e a valorização do território e os interesses das construtoras. No conflito entre interesse público e proveitos privados. No litígio entre o que é de todos e não pode ser apropriado só por alguns. A degradação do sistema costeiro português chegou a atingir níveis muito preocupantes. A erosão costeira subsiste mas há que reconhecer, no último decénio, um esforço assinalável de intervenções de reabilitação e proteção de sistemas dunares, requalificação de frentes urbanas ribeirinhas e zonas balneares. 1.2. ESTRUTURA DA TESE Esta dissertação divide-se em quatro capítulos. O capítulo 1, correspondente à introdução, enquadra-nos historicamente os fenómenos de erosão costeira e as causas que levaram ao surgimento de soluções de defesa costeira e outras alternativas como alimentações artificiais de areias. O capítulo 2, correspondente ao estado da arte divide-se em 4 subcapítulos. O primeiro sub-capítulo foca-se nas estruturas longitudinais aderentes nomeadamente as suas funções, as principais causas de rotura, as diferentes soluções estruturais e o próprio método de dimensionamento das mesmas, terminando com exemplos da sua aplicação. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 6 O segundo sub-capítulo, que incide nos geossintéticos, fornece uma breve introdução a estes materiais, apresenta as suas funções, como podem servir de soluções estruturais de maior relevo quando conjugadas em estruturas, finalizando com exemplos da sua utilização. O terceiro sub-capítulo disserta sobre a alimentação artificial de areias desde as suas limitações e vantagens, o processo de dimensionamento da mesma e os cuidados após a sua construção. O quarto sub-capítulo discute a possibilidade de utilização de soluções mistas e vantagens e inconvenientes das duas soluções e do conjunto. O capítulo 3 dá uma visão geral dos ensaios laboratoriais, descrevendo brevemente cada um deles e referindo e apresentando figuras e quadros relativos a situações de maior importância. O capítulo 4 apresenta as conclusões principais. Os anexos apresentam uma descrição mais pormenorizada de cada um dos ensaios realizados. 1.3 OBJETIVOS Os principais objetivos desta tese prendem-se sobretudo com os seguintes aspetos:  Demonstrar as características das estruturas de defesa aderentes, alimentação artificial de praias e intervenções conjugadas de alimentação artificial na presença de estruturas aderentes;  Familiarização com os equipamentos e ensaios laboratoriais em tanque de ondas, escalas e interpretação de resultados;  Avaliação do comportamento de um enchimento com areia quando conjugado com uma estrutura aderente: erosão muito precoce, erosão gradual ou ausência de erosão. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 7 2 ESTADO DA ARTE 2.1. ESTRUTURAS DE DEFESA COSTEIRA ADERENTES 2.1.1. INTRODUÇÃO Em Portugal, desde há mais de um século, as estruturas aderentes e outros tipos de estruturas têm sido estudadas, testadas e construídas. A partir disto, tem-se desenvolvido os métodos de proteção à erosão, que têm sido incorporados em novos projetos de defesa costeira, assim como na manutenção, reparação, reconstrução e reforço das estruturas existentes. A Figura 3, resume alguns tipos de intervenções de reforço que podem ser realizadas em estruturas de defesa costeira longitudinais aderentes com manto exposto. Figura 3 – Situação antes e depois das ações técnicas sobre estruturas (Veloso Gomes, 2014). Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 14 Figura 11 – Estrutura aderente no Mindelo na fase final da construção 2.2. GEOSSINTÉTICOS 2.2.1 INTRODUÇÃO Os geossintéticos podem ser usados para variados fins em engenharia costeira, nomeadamente como um reforço, filtro ou barreira de separação. Podem também ser utilizados em sistemas de controlo de erosão. A escolha de um material é influenciada pelos requisitos funcionais que a zona em questão exige. Os geossintéticos já se tornaram componentes imprescindíveis das obras de engenharia civil e em particular, das obras de engenharia costeira. Com efeito, assistiu-se nos últimos anos ao rápido desenvolvimento do sector do fabrico de materiais sintéticos e produtos relacionados quer em termos de novas utilizações como de novos produtos, sendo neste momento um dos mais dinâmicos no sector dos materiais de construção. 2.2.2 PROPRIEDADES E FUNÇÕES DOS GEOSSINTÉTICOS As possibilidades de incorporação de materiais geossintéticos em projetos de engenharia são vastas podendo estes desempenhar de forma eficaz, individualmente ou em conjunto, funções como filtragem, drenagem, separação, proteção, reforço e estanqueidade. Além do mais, apresentam em relação aos materiais tradicionais importantes vantagens, associadas ao baixo custo, à disponibilidade elevada, à facilidade de colocação em obra e ao impacte ambiental pouco significativo, que contribuem para a sua crescente utilização (Neves, 2003). Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 15 Figura 12 – Funções dos geossintéticos (Neves, 2003). Como referido por Neves (2003), os geossintéticos apresentam características específicas que os habilitam ou não para o desempenho de uma determinada função. Estas podem depender dos materiais constituintes com que são produzidos ou da estrutura dos geossintéticos resultantes do processo de fabrico. As propriedades inicias dos geossintéticos podem ser alteradas ao longo do tempo devido aos efeitos de fluência/relaxação, das radiações UV, da hidrólise, dos ataques químicos e biológicos e danificação durante a instalação, resultante da colocação negligente em obra. Apresentam-se de seguida algumas das propriedades dos geossintéticos.  Propriedades físicas: As principais propriedades físicas dos geotêxteis são a massa por unidade de área, a espessura e a densidade relativa dos polímeros que os compõem.  Propriedades hidráulicas: As principais propriedades hidráulicas dos geossintéticos são a distribuição e a dimensão das aberturas e permeabilidades normal e ao longo dos seus anos. Estas duas últimas estão associadas às noções de permissividade e de transmissividade, respetivamente.  Propriedades mecânicas: Durante o seu tempo de vida, um geossintético está sujeito a solicitações mecânicas, que podem ser de três tipos: esforços de tração ou compressão (esforços distribuídos) e punçoamento (esforços concentrados). Por outro lado, estas solicitações podem ser provocadas por uma rápida transmissão de energia ao geossintético, isto é, de forma dinâmica, ou podem ser estáticas, ou seja, provocadas por cargas constantes ao longo do tempo. Em geral, as primeiras estão associadas à colocação em obra dos geossintéticos, enquanto as segundas ocorrem durante o seu funcionamento. A durabilidade dos geossintéticos é uma das principais reservas que se coloca à utilização destes materiais. A utilização destes materiais depara com forte resistência por parte dos donos de obra e projetistas, assentando as suas críticas na questão da permanência das características dos geossintéticos ao longo do tempo. A alteração das características dos geossintéticos pode resultar de:  Deterioração durante as operações de transporte, manuseamento e colocação em obra;  Ação interna (evolução da matéria prima);  Ação externa, que pode ser mecânica (fluência e relaxação, física, química ou bacteriológica). Os danos causados pelas operações de instalação podem ser controlados com relativa segurança através da realização de ensaios laboratoriais de danificação durante instalação. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 16 Dentro da degradação dos geossintéticos provocada por agentes físico-químicos podem destacar-se: a degradação fotoquímica e térmica, em regra provocada pelas condições atmosféricas; e a degradação química e bacteriológica, resultante, por norma, do contacto com os materiais envolventes. Deve evitar-se que os geossintéticos fiquem sujeitos à luz solar, devendo ser envolvidos por revestimentos opacos, armazenados em estaleiro ao abrigo da luz e aplicados o mais rapidamente possível, evitando a degradação fotoquímica. Em relação à degradação térmica, o aumento da temperatura acelera as reações químicas, a degradação de um polímero, sendo um fenómeno essencialmente químico, é favorecida por esse aumento. Como normalmente o oxigénio está presente, em geral, ocorre a ação conjugada da temperatura e do oxigénio, desenvolvendo-se a degradação termo-oxidativa. A intensidade deste tipo de degradação depende, naturalmente, da concentração de oxigénio em contacto com o polímero, sendo por isso, menor quando este está submerso em água. A degradação química pode ser provocada pela ação do oxigénio, dos iões metálicos, dos ácidos, das bases e solventes e da água. A perda das propriedades mecânicas de um polímero, resultante da ação dos fatores referidos, depende da sua natureza química. Estes fatores são responsáveis por profundas alterações nas cadeias moleculares constituintes dos polímeros, que incluem quebra de ligações químicas e consequente diminuição do comprimento das cadeias moleculares, alteração química das mesmas, incorporação de iões estranhos nas cadeias, formação de espécies quimicamente ativas, rotura das cadeias, etc.. Naturalmente, essas alterações profundas acarretam modificações nas propriedades dos polímeros. Estudos realizados até ao momento apontam para uma boa resistência biológica dos polímeros mais comuns no fabrico de geossintéticos. Como justificação desta constatação experimental aponta-se o facto de os microrganismos consumirem somente as frações poliméricas de muito baixo peso molecular, o que faz com que as propriedades dos plásticos não sejam praticamente afetadas. A danificação durante a instalação dos geossintéticos pode provocar alterações nas propriedades dos materiais, quer a curto, quer a longo prazo, podendo comprometer o exercício adequado da função exigida ao material na obra. A danificação durante a instalação depende, não só do polímero constituinte e da estrutura do material, mas também das características dos materiais adjacentes (no caso dos solos, da forma, dimensão, rugosidade, angulosidade das partículas, etc.) e da energia de compactação. Uma má colocação dos geotêxteis traduz-se numa elevada redução de resistência dos mesmos, resultante de danificação. Para um dado grau de compactação, essa redução é crescente à medida que diminui a resistência do material intacto. Quando o grau de compactação aumenta, a resistência residual dos geotêxteis é ainda menor. É de realçar a necessidade de utilização de procedimentos cuidadosos de transporte, armazenamento e instalação dos geotêxteis para que o valor da resistência do material em serviço seja compatível com os valores adotados no dimensionamento (Neves, 2003). 2.2.3. ESTRUTURAS COM GEOSSINTÉTICOS Uma significativa parte dos sistemas dunares portugueses encontra-se atualmente em avançado estado de degradação e uma grande parte até já desapareceu. Este facto é bastante negativo uma vez que as dunas exercem uma função de barreira contra os fenómenos de galgamento que ocorrem durante os temporais protegendo assim diversas vezes populações e áreas agrícolas localizadas na envolvente dos Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 17 maciços dunares. A diminuição dessa função barreira é devida, não só ao avanço do mar sobre terra e ao desgaste provocado pela ação mecânica das ondas, mas também, ações antrópicas nomeadamente, a construção sobre dunas, os acessos e o pisoteio entre outras (Neves, 2003). A erosão costeira leva a que existam cada vez mais preocupações de manutenção, proteção, valorização e reabilitação dos sistemas dunares. Essas preocupações refletem-se em geral nas seguintes ações: plantação de vegetação nos maciços dunares com o objetivo de diminuir o transporte de areias pelo vento; construção de passadiços sobrelevados e vedações que impeçam o pisoteio e a destruição da vegetação; construção de paliçadas de modo a favorecer a acumulação de areias; e também, enchimento artificial de praias e recomposição de dunas. Em trechos costeiros fortemente erodidos, isto é, com pequena extensão do areal de praia e em que os sistemas dunares se encontram submetidos às ações diretas do espraiamento da agitação marítima e logo, bastante degradados, as ações anteriores são em muitos casos insuficientes. Neste sentido, há necessidade de encontrar sistemas de reforço consistentes – que aumentem a resistência dos cordões dunares em face da ação hidrodinâmica da agitação e das marés – sem sacrifício do valor paisagístico e ambiental de uma praia. Uma dessas soluções possíveis é a utilização de geossintéticos em reforço de dunas, nomeadamente tubos ou sacos geotêxteis cheios com areia. Efetivamente, esta utilização sofreu algum incremento em anos recentes e existem diversos exemplos de sucesso em termos desta aplicação, não apenas em obras temporárias ou de emergência mas também em estruturas de caráter permanente. Nesta secção, são apresentados e discutidos alguns aspetos da utilização de geossistemas em reforço de dunas e praias. Em particular, são discutidos os aspetos relativos ao comportamento destas estruturas sob condições de agitação severas e as lacunas existentes a este nível bem como, são apresentados alguns casos de aplicação com sucesso deste tipo de sistemas, correntemente designados por sistemas passivos de proteção. Um tubo geossintético é um elemento em material geotêxtil, permeável à água e capaz de reter o material com o qual é cheio - em geral, material sedimentar ou uma mistura pobre de betão. A sua dimensão, em termos de diâmetro e comprimento, é específica de cada projeto e depende apenas das possibilidades de instalação e condições do local de implantação. Os tubos de maiores dimensões são mais estáveis sob a ação das cargas cíclicas e de elevada energia do que os de dimensões menores. São, no entanto, de enchimento mais difícil. A disposição com sobreposição leva cerca do dobro do número de sacos em relação à disposição sem sobreposição, mas resulta em configurações significativamente mais estáveis. Outro pormenor beneficiador da estabilidade é a colocação dos tubos ou sacos com a dimensão maior perpendicular à linha de costa (Neves, 2003). Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 18 Figura 13 – Possíveis disposições dos tubos geossintéticos (Neves, 2003) A acrescentar, pelo menos uma camada de fundo deve ser colocada abaixo do zero hidrográfico e as camadas superiores devem permitir um bordo livre de pelo menos 0.50 m. A inclinação dos taludes não deverá ser superior a 1:1, convenientemente V:H=1:3 ou V:H=1:2. Segundo Neves (2003), os principais aspetos a considerar no dimensionamento incluem a adequada resistência do geotêxtil e das costuras para resistirem às pressões durante as operações de enchimento e, se caso disso, durante o impacto no fundo, e a compatibilidade entre o material que compõe o tubo geossintético e o material de enchimento. Devem ser também consideradas a resistência de longo termo às radiações ultravioleta, à abrasão, ao rasgamento e ao punçoamento (ações associadas a atos de vandalismo) bem como à deformação e ovalização devida à consolidação do material de enchimento. Importa apresentar os esquemas das aplicações mais comuns dos tubos geossintéticos em obras de defesa costeira. Esses esquemas estão resumidamente ilustrados na Figura 14. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 19 Figura 14 – Esquemas de aplicações comuns de tubos geossintéticos (Neves, 2013). A definição do layout e das dimensões de qualquer estrutura de defesa costeira inicia-se com a análise funcional após a qual se determinam as interações hidráulicas entre as forças hidrodinâmicas e a estrutura. As principais forças hidrodinâmicas o caso das estruturas em tubos geossintéticos relacionam-se com o derrubamento, o deslizamento, o galgamento, as relações de pressão, o tipo de sedimentos, a altura de onda, a turbulência e o impacto da agitação sobre a estrutura e variam com a sua forma e dimensões bem como, com a profundidade da água. No entanto e apesar da importância do conhecimento dessas interações e das suas implicações em termos do dimensionamento, existe ainda muita incerteza e as metodologias de dimensionamento existentes fornecem apenas aproximações da solução pelo que, há necessidade de efetuar ensaios em laboratório e monitorizar os projetos já executados por forma a avaliar a melhorar os métodos existentes. Com efeito, o principal obstáculo para o aumento da utilização de tubos geossintéticos é a falta de conhecimento sobre o seu comportamento hidráulico e estabilidade (Neves, 2003). Entre os fatores que mais fazem diminuir a resistência de um material geossintético, encontram-se as radiações ultravioletas. Efetivamente, quando expostos às radiações UV, após várias horas, os materiais pedem cerca de 20 a 30 % da sua resistência inicial. Este efeito pode ser atenuado através da incorporação de aditivos anti UV mas também, protegendo os materiais da ação direta das radiações nomeadamente através do seu recobrimento com sedimentos e/ou vegetação. Mais ainda, a colonização por fauna e flora marítimas reduz a penetração dos raios UV e limita o nível de degradação. A importância da compatibilização do material que compõe o tubo e do material de enchimento relaciona-se com o facto de a resistência ao escoamento da água através das paredes poder aumentar significativamente a pressão no interior e sobre a estrutura, a qual pode, por sua vez, gerar cargas não Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 20 consideradas no dimensionamento e responsáveis por eventuais falhas na estrutura, nomeadamente devido ao derrubamento e deslizamento dos tubos. As pressões não são, no entanto, a única causa de falha deste tipo estrutura. De facto, existem várias outras causas, nomeadamente, o galgamento e o deslizamento dos tubos, os esforços associados à agitação, seja por ondas rebentadas ou não ou por efeito da transmissão sobre a estrutura. Fundamentalmente, a longevidade destas estruturas está de forma crucial dependente da integridade dos tubos. Com efeito, quando estes são conservados intactos e imóveis – ou pelo menos, sujeitos a pequenos movimentos – as estruturas são eficazes durante longos períodos (Neves, 2003). Para além destas causas, a ocorrência de falhas nestes sistemas está muitas vezes associada ao vandalismo. Efetivamente, quando acessíveis, às vezes apenas pela curiosidade de saber o que têm no interior), os materiais geossintéticos podem sofrer cortes, perfurações ou outras ações que os destroem. Além do vandalismo, os detritos transportados pelo mar, os equipamentos ou outros, podem danificar facilmente os materiais, devendo o dimensionamento destes considerar a eventualidade destas ações. A existência de rugas, vincos ou pregas conjugada com a colocação do material geossintético muito esticado aumenta a probabilidade do material ser rasgado ou punçoado. A utilização da areia como material de enchimento tem, nestes casos, uma vantagem muito clara já que, após o rasgamento dos sacos, as praias ficam apenas cobertas com areia, o que não interfere com a possibilidade de fruição da praia. O principal inconveniente do enchimento dos sacos com areia está relacionado com o seu rápido esvaziamento uma vez rasgados. Refira-se que o conhecimento atualmente existente sobre o comportamento hidráulico e estabilidade das estruturas incorporando tubos geossintéticos cheios com areia surgiu essencialmente da monitorização de projetos executados. Com base nessas observações, foram estabelecidos um conjunto de critérios, de acordo com as condições e particularidades de cada local de implantação, que embora não completos podem fornecer boas indicações de circunstâncias onde a utilização de tubos é eficaz e vantajosa em relação a outras alternativas. Alguns desses critérios são:  Climas de agitação amenos;  Estruturas temporárias com caráter de emergência ou executadas com o objetivo de verificar o comportamento dos processos costeiros;  Zonas em erosão com baixo risco em termos de vidas humanas e património edificado;  Flexibilidade em termos do alinhamento e coroamento das estruturas;  Aproveitamento de dragados. Estes critérios não são porém definitivos quanto à possibilidade e utilização destes sistemas de proteção e não deve por isso ser fatores inibidores quanto à sua utilização. Com efeito, não há nenhuma garantia num ou noutro sentido, uma vez que a tecnologia associada a estes sistemas está na maior parte dos casos na fase do início embora existam bastantes casos onde os projetos funcionam de acordo com o previsto. Fundamentalmente, existem muitas questões e poucos dados que permitam uma resposta cabal a essas questões. Não obstante, existe um bom número de projetos nos quais é possível obter informações (positivas ou negativas) sobre o comportamento das estruturas. A via mais fácil para obter esses dados é continuar a construir obras incorporando estes sistemas e posteriormente monitorizar cuidadosamente o seu desempenho por forma a acrescentar conhecimento e experiência à já existente. Complementarmente, deverão ser efetuados mais ensaios em laboratório. Em resumo, importa melhorar as orientações técnicas para este tipo de aplicações. Nomeadamente, compilar numa base de dados o que já foi executado incluindo, as lições aprendidas, o que funciona e o que não funciona. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 21 A aplicação de estruturas com geossintéticos e geossintéticos em Engenharia Costeira encontra-se em franco desenvolvimento e afora as possibilidades de utilização anteriormente descritas existem diversas outras e sempre continuarão a surgir novas utilizações, assim haja capacidade de evolução e avanços tecnológicos. A flexibilidade e capacidade de adaptação das construções, os procedimentos de instalação fáceis e o baixo custo garantem às soluções em geossintéticos vantagens que as colocam claramente, em diversos casos, à frente de qualquer outra alternativa e que devem, por isso, ser aproveitadas. Essas vantagens concretizam-se em diversos tipos de construções e vão, como se viu, muito além das obras de emergência. Em síntese, as soluções incorporando geossintéticos são muito variadas e resultam em muitos casos em soluções mais eficazes, em relação a soluções mais correntes, considerando os custos, o tempo de execução e o equipamento necessário. Mais ainda, são mais flexíveis e adaptáveis do que a generalidade dos materiais tradicionalmente utilizados em Engenharia Costeira. Têm, no entanto, as desvantagens relacionadas com a carência de instrumentos de dimensionamento adequados e a incerteza face ao comportamento e estabilidade sob condições de agitação severas e em locais com grande instabilidade dos fundos. Nas últimas décadas tem-se assistido a uma crescente preocupação em relação aos fenómenos de erosão costeira. Com efeito, são cada vez mais generalizadas as situações de elevada vulnerabilidade e risco eminente de pessoas e bens em zonas costeiras. A origem destes fenómenos é habitualmente atribuída a causas naturais, como sejam a subida generalizada do nível médio das águas do mar e os movimentos de neo-tectónica, e as causas antrópicas, devido à interferência com o transporte de sedimentos por corrente de deriva litoral, à necessidade de fixar trechos de costa naturalmente muito dinâmicos e a alterações ao nível das bacias hidrográficas. Em Portugal, e em particular na costa Ocidental Norte, existem várias áreas severamente afetadas pela erosão costeira. Algumas dessas áreas foram já intervencionadas empregando estruturas convencionais de proteção, tais como esporões e obras aderentes executadas com enrocamento ou grandes unidades de betão (e.g. tetrápodes), por vezes complementada com a alimentação artificial de praias. Em anos recentes, o uso de materiais geossintéticos em Engenharia Costeira ganhou algum interesse em Portugal. Não obstante, além de algumas obras de emergência e da comum aplicação como filtro em revestimentos, as soluções em geossintéticos não são ainda uma alternativa considerada pelos projetistas perante soluções mais convencionais. As soluções de geossintéticos têm demonstrado a sua utilidade em diversas partes do mundo e bastantes potencialidades na proteção da erosão costeira. Naturalmente a utilização de um sistema de geossintéticos deve ser adaptado à região em questão, a zona costeira Portuguesa. Inicialmente, em locais com um grau de risco baixo – no sentido de adquirir o necessário know-how sobre o seu comportamento em condições de agitação tão severas – e depois, de forma mais generalizada – sempre claro, com a prudência devida (Neves, 2003). 2.2.4. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO Na Figura 15, está demonstrada uma estrutura em geossintéticos, dispostos em talude e a descoberto, formando uma proteção em relação à duna. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 22 Figura 15 – Reforço dunar na praia de Estela, Póvoa do Varzim (Neves, 2013) 2.3. ALIMENTAÇÃO ARTIFICIAL COM AREIAS 2.3.1 INTRODUÇÃO As praias oferecem proteção às tempestades através de uma resposta dinâmica natural para vários níveis de agitação e da maré e são o melhor meio de oferecer proteção à costa. Os problemas surgem quando a praia é demasiado estreita ou a erosão é demasiado rápida. Nesses casos poderá ser necessário criar uma praia artificial através de alimentação de areias, construir estruturas de proteção costeira ou ambos. A alimentação artificial de areias consiste em adicionar areia a uma praia já existente de maneira a oferecer um determinado nível de proteção contra tempestades. A geometria geral de uma praia é determinada de modo a que as ondas e os níveis da maré não atinjam as áreas interiores das praias entre as quais podem estar as áreas urbanas. O dimensionamento do perfil da nova praia depende naturalmente de como os estados de agitação e os níveis das marés afetaram o perfil da praia previamente, antes de ser colocada a nova areia. As principais características geométricas a considerar no perfil da praia são os volumes da berma e da duna. A geometria da duna será de importância particular, na medida em que a duna atua de maneira a prevenir o galgamento das ondas e a propagação do volume de água em direção à terra. A altura e largura da berma também fornecem uma importante função protetiva. Em muitos casos a alimentação de areias foca-se em estabilizar as dimensões da duna e da berma necessárias a oferecer um determinado nível de proteção contra tempestades. Há muitas situações em que a praia funciona como proteção costeira mas também tem de proporcionar condições para o turismo e atividades de lazer. Uma praia substancialmente larga é necessária nesses casos. Normalmente, a duna e a berma são construídas de acordo com a geometria desejada para a parte da praia que se encontra acima do nível da água. A parte submersa da praia estará sujeita a mais dificuldades na colocação do volume de areia. Usualmente o material é bombado e é esperado que sofra assentamentos condicionados pelas condições naturais, equilibrando-o. Nos casos em que haja uma grande diferença entre a areia existente no local e a relativa à alimentação, a porção submersa da praia tenderá a evoluir para o perfil inicial. Para além do transporte transversal de sedimentos, há a considerar o transporte longitudinal dos mesmos. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 23 Na maior parte dos casos, a alimentação de areias é projetada com um programa de manutenção associado. Perdas por erosão a longo termo estão normalmente associadas com o transporte longitudinal de sedimentos embora erosões substanciais devido ao transporte transverso possam ocorrer durante situações climatéricas adversas sob determinadas circunstâncias. Por isso, é recorrente projetar a alimentação de areias com um volume adicional de amortecimento que se irá perder nos períodos entre alimentações. 2.3.2. OBJETIVOS A principal função de uma alimentação de praias é melhorar a proteção para as estruturas e infraestruturas em relação à ação de tempestades e permitir a prática balnear. Um projeto de alimentação artificial de areias envolve tipicamente aumentar a largura da praia ou da duna com o objetivo de reduzir o efeito danoso das tempestades relativamente aos danos que originariam no perfil anterior, ou seja, sem o projeto. Existe sempre um nível de risco associado à frequência de tempestades de elevada intensidade. Há portanto a possibilidade de este tipo de temporais causar danos mesmo já estando a estrutura instalada. O nível de proteção, reduzido como resultado do temporal, pode comprometer a segurança da estrutura se não se proceder à manutenção apropriada, assim como no caso de os prazos para a realização da alimentação não forem respeitados. A praia mais larga proporcionada pela areia artificialmente colocada está também associada a um aumento das atividades de lazer nesse local. Aumentar esse tipo de atividades pode também ser um fator associado ao projeto. A alimentação de praias envolve normalmente a construção de uma ou várias características das mencionadas de seguida: berma, duna, praia de alimentação, berma perto da costa, estabilização da duna (por exemplo: vegetação) ou estabilização estrutural (por exemplo: esporões). Outros aspetos da alimentação de praias incluem: a alimentação periódica, a alimentação avançada e a manutenção de emergência. 2.3.3. CARACTERÍSTICAS DO PROJETO A alimentação de praias envolve normalmente a colocação de areia num ou em várias das seguintes zonas: berma da praia, duna, praia e na berma de rebentação, Outros aspetos da alimentação de praias incluem: a alimentação periódica, a alimentação avançada e a manutenção de emergência. A berma da praia é uma característica dos projetos de alimentação artificial de praias. A maior parte das praias tem uma berma natural ou bermas. A berma de rebentação é formada pela ação de galgamento das ondas ao perfil da praia durante o intervalo de variação média dos níveis do mar. Praias que se encontrem num estado erosivo elevado podem ter uma berma de tamanho reduzido ou não ter de todo berma durante a maré alta. O projeto de alimentação também implica um aumento da largura da praia (ou seja, uma translação na direção do mar) de maneira a criar uma área de amortecimento de areia com o objetivo de dissipar energia das ondas resultantes dos temporais. A largura adicional a considerar dependerá do nível de proteção desejado, na tendência de erosão a longo prazo que caracterizam a área do projeto e no intervalo pretendido para a alimentação. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 30 de dimensionamento do intervalo entre alimentações periódicas são portanto as condições climáticas. Em Portugal é aconselhado um período variável de 3 a 10 anos para novas alimentações. No entanto, são também aconselhadas monitorizações frequentes, para o caso de ser necessário uma nova intervenção na ocorrência de um temporal. A chamada alimentação avançada (“advance nourishment”) é traduzida pelo volume de areia a colocar de maneira a contrariar as erosões inevitáveis durante a primeira fase de construção de maneira a manter o perfil desejado durante o intervalo de tempo desde o término do projeto até à primeira alimentação artificial. Este volume é o necessário para suprimir as falhas causadas pelas perdas laterais do material e pela recessão natural da linha da costa. Existem também métodos para calcular parâmetros que estimam a propagação ao longo da costa do material e que identificam os requisitos da alimentação nomeadamente o volume e o intervalo entre alimentações. Em adição a estes métodos, há também modelos numéricos com o GENESIS que permitem determinar os mesmos parâmetros. Estes dois tópicos não serão abordados mais a fundo nesta tese. A antecipação dos chamados “hot spots”, ou seja, os locais mais propensos a erosão e que consequentemente sofrem uma redução do volume de areia aí colocado, é também relevante. Estes locais são de extrema importância na medida em que uma erosão localizada pode comprometer o nível de proteção desse local enquanto a restante estrutura se encontra protegida. As alternativas para solucionar o problema passam sobretudo por uma maior alimentação de areias do local ou construção de uma estrutura de proteção. O objetivo é que a alimentação periódica possa ser realizada ao mesmo tempo em toda a área da praia abrangida pelo projeto (US Army Corps of Engineers,2006). 2.3.7. MEDIDAS DE ESTABILIZAÇÃO DE PRAIAS SUJEITAS A ALIMENTAÇÃO ARTIFICIAL Diferentes tipos de estruturas podem ser utilizados com projetos de alimentação artificial para retardar a erosão e reduzir o intervalo entre alimentações periódicas e os seus custos. As perdas de material são particularmente pronunciadas no final dos projetos onde ocorre um desnível entre a praia alimentada e a praia natural adjacente. Podem ser necessárias estruturas para evitar as transições de material entre as duas praias para manter os níveis de perdas aceitáveis. No entanto, algumas estruturas podem ter um efeito negativo na praia, tanto a nível estético como a nível de segurança. Os esporões são estruturas lineares construídas perpendicularmente à linha costeira, estendendo-se da praia até à parte submersa. O seu propósito principal é a retenção de areia que se move ao longo da costa. No contexto de um projeto de alimentação artificial, o uso mais comum do esporão é de estrutura terminal, ou seja, cujo objetivo é reduzir as perdas de sedimentos impedindo o seu movimento para fora da área de projeto. Campos de esporões podem providenciar uma solução eficaz e economicamente viável para alguns problemas de erosão costeira, principalmente quando o objetivo é fixar a linha da costa. Quebramares destacados são estruturas paralelas e afastadas da zona costeira, da qual não têm nenhuma conexão. Podem ser construídas como uma única estrutura contínua ou por segmentos de estruturas com pequenas secções espaçadas entre elas. Os quebramares garantem proteção reduzindo a energia das ondas que atingem a costa através de dissipação, reflexão e difração. Os quebramares podem ser dimensionados de maneira a permitir o movimento longitudinal de sedimentos na área do projeto e portanto reduzindo a potencial erosão nas praias a sotamar do movimento dos sedimentos. Algumas desvantagens da utilização de quebramares destacados são a sua limitação de dimensionamento, e elevados custos de construção e manutenção. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 31 Como discutido anteriormente, um projeto de alimentação artificial requer uma alimentação periódica da configuração da praia durante a vida útil da obra. Estruturas sólidas como esporões e quebramares destacados têm custos muito mais elevados comparativamente com a opção da alimentação artificial de areia. A otimização do projeto exige uma análise custo-benefício que incida sobre a opção de introduzir ou não estruturas no projeto. As dunas costeiras são valiosas e efetivas barreiras contra inundação e ataque das ondas e portanto são uma componente do projeto de alimentação da praia de extrema importância. Devido à importância das dunas para a proteção contra temporais, e à sua vulnerabilidade à ação do vento e à erosão causada pelas ondas. É aconselhada a proteção das dunas colocando vegetação e instalando cercas. Estas medidas de estabilização são relativamente económicas e servem dois objetivos: aumentar a natureza de proteção das dunas e reduzir o transporte de sedimentos causado pelo vento. O resultado do uso destas soluções é a acreção de areia ao longo do tempo e a minimização das perdas de sedimentos devido ao vento. São usados vários tipos de cercas para criar, alargar e estabilizar dunas costeiras. Para a solução resultar, a barreira deve ser permeável ao vento pois uma barreira maciça criará turbulência que pode resultar em erosão em vez de acreção. A vegetação é um meio natural de estabilização da duna e da costa que é eficiente quando utilizada nas circunstâncias apropriadas. A colocação de vegetação é um processo relativamente barato e eleva os atributos ambientais da estrutura. Se se pretende que as dunas recém-construídas ou pré-existentes sejam estabilizadas com a colocação de cercas e/ou vegetação é importante proteger a estabilização minimizando o tráfico pedonal ou de veículos. O tráfico pedonal ou de veículos irá danificar a vegetação e as cercas. A instalação de passadiços para pessoas e acesso de determinados veículos à praia deve ser abordado em projeto. Os locais de acesso proporcionam a utilização recreativa da praia e permitem o acesso para fins de manutenção sem danificar a área da duna estabilizada (US Army Corps of Engineers, 2006). 2.3.8. OUTROS ASPETOS CONSTRUTIVOS A remoção, transferência e colocação do material de empréstimo são tarefas do empreiteiro responsável pela dragagem. As áreas de empréstimo no exterior possuem o material mais fino nas camadas superiores, logo se esse local de empréstimo se encontrar a pequenas profundidades, ocorrerão perdas consideráveis de finos durante a colocação. Por esta razão, é mais frequente a opção por fontes de empréstimo com material mais espesso. Quanto maior a distância entre a fonte de empréstimo e o local de colocação, mais custo é o processo de bombagem. A bombagem direta para a praia pode não ser financeiramente exequível se o local de empréstimo se localizar muito longe. Se uma draga ou uma barcaça for utilizada para o transporte de material, a maioria dos finos presentes no volume de material serão perdidos devido a transbordamento, criando uma granulometria mais extensa do mesmo material comparativamente com as amostras da zona de empréstimo. Existem quatro tipos de colocação do material para fins de projetos de alimentação artificial:  Colocação direta. Neste método, o material é colocado ao longo da extensão da praia a proteger. Este é o método mais comum. O material é bombado para a praia com o auxílio de tubos de repulsão. De seguida, o material é adaptado à configuração desejada usando equipamentos de movimentação de terras.  Colocação a pequenas profundidades. Este método é apelativo pois volumes elevados de material podem estar disponíveis a pequeno custo se forem utilizadas dragas ou barcaças. O princípio é que o material seja deposto na zona pretendida por ação das ondas. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 32  Abastecimento contínuo. Este método é aplicado usando uma barreira, por exemplo, uma passagem marítima. A areia retida a barlamar da barreira passará para a praia do lado de sotamar.  Praias de alimentação. As praias de alimentação envolvem a acumulação de material a barlamar da área projetada para receber o material consoante a erosão da praia de alimentação. Este método é mais apropriado para pequenos projetos.  Acumulação de areia em dunas. Esta solução é mais adequada para situações de emergência. O objetivo é armazenar um volume de material quando as dragas e barcaças já estão mobilizadas para a construção. 2.3.9. MONITORIZAÇÃO E ANÁLISE DE DADOS Os objetivos da monitorização são assegurar que a funcionalidade do projeto se mantenha durante a vida útil esperada do projeto e avaliar o desempenho do mesmo. Estes objetivos incluem a recolha, análise e interpretação de dados para: avaliar a condição do projeto comparativamente às especificações iniciais; determinar os volumes necessários para realizar a manutenção e a alimentação periódica; verificar se o projeto cumpre os requisitos de proteção para os quais foi dimensionado; avaliar o impacto do projeto em praias adjacentes e abordar os potenciais problemas apresentando as causas e as possíveis soluções. Um plano de monitorização para um projeto de alimentação artificial de areias engloba quatro componentes: inspeções ao perfil da praia, recolha de amostras dos sedimentos aí depositados, fotografias aéreas da linha costeira e medições das alturas de onda e níveis de água. As inspeções aos perfis fornecem-nos dados que são utilizados para calcular volumes de material e assinalar alterações ao perfil transversal da praia. Estimativas exatas de volume de enchimento são essenciais durante a construção para comprovar que os volumes dimensionados são colocados de acordo com o modelo construtivo e assegurar o pagamento ao empreiteiro. As amostras dos sedimentos são necessárias para determinar as características dos sedimentos, tais como o diâmetro médio e a granulometria, que afetam a forma do perfil e influenciam o volume de material a utilizar. As amostras têm particular importância quando o material nativo e o a colocar são de diferentes características. As fotografias aéreas da linha costeira são uma componente essencial de monitorização cuja principal função é documentar o desempenho do volume colocado numa determinada área da praia, nomeadamente avaliando os efeitos da erosão e do recuo da praia e da linha costeira especialmente a longo-prazo. As ondas e os níveis de água são os principais fatores hidrodinâmicos a considerar na evolução na evolução da praia. As ondas e os níveis de água associados aos temporais erodem a parte superior da praia e distribuem a areia ao longo do perfil. A longo-prazo, os processos de transporte de sedimentos de direção longitudinal causado pelas ondas, irão reconfigurar a praia e causar recessão da linha costeira. 2.3.10. OPERAÇÕES FUTURAS E MANUTENÇÃO As praias alimentadas artificialmente e quaisquer estruturas construídas para proteção costeira, acessos e infraestruturas para visitantes devem ser operadas e alvo de manutenção para obter os benefícios esperados pelo projeto. Em adição à alimentação periódica, os seguintes tipos de manutenção devem ser efetuados: redistribuição da areia dentro da área de projeto e remoção periódica de detritos sólidos, entre outros. A monitorização do desempenho e do estado do projeto é necessária durante a vida útil do projeto. Como discutido anteriormente, a monitorização e análise do projeto são essenciais para Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 33 assegurar que o projeto verifica o nível de proteção para o qual foi dimensionado. É comum a existência de um manual de boas práticas no que concerne às operações futuras e manutenção a realizar. Alguns dos principais tópicos a abordar neste tipo de manual ou guia são:  A indicação das entidades que autorizaram a construção como, por exemplo, autarquias.  A descrição da localização do projeto relativamente a centros urbanos próximos, corpos de água, ou outras características geográficas ou demográficas.  A descrição breve do projeto. A descrição deve abordar as características mais importantes do projeto tais como as elevações e as larguras da duna e da berma e a inclinação dos taludes. Devese ser indicada também a granulometria do material destinado à alimentação artificial, assim como o volume do mesmo, o tipo e características de quaisquer estruturas a construir e distâncias a considerar na zona a nutrir.  A discussão da proteção fornecida pelo projeto e se possível, a identificação dos parâmetros dos temporais a considerar.  A revisão de contratos de empreiteiros, indicando todos os dados relevantes.  A identificação de pessoas responsáveis pela administração do projeto, manutenção e gestão da operacionalidade da estrutura e seus deveres. Dentro destes últimos encontram-se a gestão das inspeções periódicas, relatórios, melhorias ou alterações e características do projeto.  A descrição do procedimento para a monitorização da alimentação periódica, nomeadamente quando a alimentação será necessária e qual o volume de material a colocar. 2.4 SOLUÇÕES MISTAS As soluções referidas nos sub-capítulos anteriores, as estruturas aderentes e a alimentação de areias, são soluções que podem funcionar isoladamente ou conjugadas. As estruturas aderentes são a última defesa do meio urbano contra a agitação marítima e, como tal, têm um papel preponderante na conjuntura social e económica local. Dependendo do material escolhido para o revestimento, enrocamento, geossintéticos ou outro, a estrutura pode integrar-se harmoniosamente na paisagem local ou não, logo este é um dos fatores que pode determinar a conjugação com uma solução como a alimentação artificial. A estabilidade da estrutura é outro dos aspetos mais relevantes a considerar e, caso o nível de segurança esteja comprometido e possa ser melhorado com a adição de volumes de areia na estrutura, então justifica-se a opção pelas duas soluções. As estruturas aderentes são de um impacto económico menor do que comparativamente a outras soluções, como por exemplo quebramares destacados, o que pode facilitar a decisão de optar ou não por uma solução em conjunto. A alimentação artificial com areia tem como principal ponto negativo a necessidade de se repetir a alimentação periodicamente com custos distribuídos ao longo dos anos. Como referido nos objetivos, esta solução terá um de três resultados: erosão total, erosão gradual ou a não ocorrência de erosão. Este fator determinará a necessidade de uma alimentação periódica ou se valerá a pena a opção por esta solução. Como ponto positivo, trata-se de uma solução natural que se enquadra visualmente no meio em que se inserirá, não afetando a fauna e a flora do local. A possibilidade de ocultar estruturas de enrocamento ou de geossintéticos, e com isso contribuir para o valor paisagístico da praia, é também outra das vantagens. No caso de se optar por ocultar as estruturas é necessário um aviso para o público visitante da praia, com o intuito de manter o público em segurança, sem possibilidade de ocorrência de acidentes nas estruturas. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 34 A opção por uma solução mista estará muito dependente das condições locais como a morfologia, topografia, transporte dos sedimentos e agitação marítima, entre outros, afetando de maneira diferente qualquer que seja a solução escolhida. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 35 3 TRABALHO LABORATORIAL 3.1. INTRODUÇÃO O objetivo do trabalho laboratorial é analisar os resultados experimentais da erosão numa estrutura longitudinal aderente sem e com vários níveis de alimentação artificial de areias. Os parâmetros analisados são o espraiamento, as dimensões da barra de rebentação e a estabilidade da estrutura. As escalas horizontal e vertical têm o mesmo valor de 1:25. A escolha desta escala prendeu-se com o facto de se pretender ajustar o modelo ao canal onde se realizaram os ensaios e que os valores em modelo correspondessem a valores plausíveis no protótipo. A cota de coroamento das duas estruturas fixa-se nos +16.5 ZH, um valor elevado mas condicionado pelos tubos geossintéticos disponíveis, pelos níveis da água utilizados e pela extensão de praia emersa que se pretendia obter para os dois níveis considerados. Ao alinhar as três camadas a altura obtida foi de aproximadamente 45 cm de estrutura. O valor ideal encontrar-se-ia entre +8 ZH a +10 ZH em protótipo. A praia emersa foi aproveitada do modelo do projeto anterior presente no canal e tem a inclinação de 3:20. A inclinação do talude dunar foi de 3:4 pois corresponde ao talude máximo aceitável para este tipo de estruturas. A inclinação de 45º seria demasiado íngreme. Esta inclinação foi utilizada para ambos os modelos. 3.2. CARACTERIZAÇÃO DOS MODELOS Os ensaios experimentais incluíram dois modelos de estrutura aderente, um deles com geossintéticos e outro em enrocamento, a que correspondem a dois perfis transversais base a considerar. Estes dois perfis traduziram-se em duas séries de ensaios e o número de ensaios foi o mesmo. Para ambas as séries os perfis foram alterados com um enchimento contemplando três volumes de areia distintos. O modelo A, construído com cinco tubos geossintéticos, teve a disposição ilustrada na Figura 19. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 36 Figura 19 – Modelo A: Estrutura em geossintéticos A secção transversal da estrutura está representada na Figura 20. Figura 20 – Secção transversal da estrutura com geossintéticos No Ensaio A.15 foi adicionado mais um tubo geossintético à estrutura de maneira a funcionar como uma proteção de pé do talude, exibido na Figura 21. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 37 Figura 21 – Secção transversal da estrutura em geossintéticos para o Ensaio A.15. Os diâmetros teóricos e em ensaio dos tubos são apresentados no Tabela 1. Tabela 1 – Diâmetros Teóricos dos Geossintéticos Diâmetros dos Geossintéticos Teóricos (D) Em ensaio (W) (cm) (cm) 10 14 20 28 32 44.8 O diâmetro teórico corresponde ao diâmetro de uma circunferência perfeita enquanto o diâmetro em ensaio corresponde ao comprimento máximo na secção transversal do cilindro ovalizado. A relação entre o diâmetro teórico (D) do cilindro e o diâmetro em ensaio (W) do cilindro ovalizado é a apresentada na Equação 3: 𝑊=1.4 𝐷 (4) O modelo B dispõe de uma estrutura em enrocamento, com duas camadas, e uma fundação do manto resistente (Figura 22). Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 38 Figura 22 – Modelo B: Estrutura em Enrocamento A secção transversal está representada na Figura 23. Figura 23 – Secção transversal da estrutura em enrocamento com o peso dos blocos em protótipo O modelo B, em enrocamento, foi construído à escala geométrica 1:25 de acordo com a semelhança de Froude que é utilizada no estudo em modelo reduzido, de estruturas hidráulicas com escoamentos em superfície livre (correntes oceânicas na zona costeira, correntes de maré, ondas gravíticas), nos quais haja transformação de energia envolvendo forças de inércia, forças de pressão e forças de gravidade. Para estas forças intervenientes, há semelhança dinâmica desde que, para duas partículas homólogas quaisquer nos dois sistemas, se verifique a igualdade: 𝐹𝐺1 𝐹𝐼1 =𝐹𝐺2 𝐹𝐼2 (5) Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 39 A força de inércia é proporcional a ρV l2, e a força de gravidade (peso) é proporcional a ρ g l3. Nestas condições, a relação entre a força de inércia e o peso atuando sobre a partícula é proporcional ao parâmetro adimensional designado por número de Froude: 𝐹𝑟=𝑉2 𝑔𝑙 (6) Assim, dois sistemas com fronteiras geometricamente semelhantes são dinamicamente semelhantes, desde que o número de Froude, calculado com base em grandezas homólogas, tome igual valor nos dois sistemas, ou seja, 𝑉12 𝑔𝑙1=𝑉22 𝑔𝑙2 (7) De forma análoga obtém-se as escalas das restantes grandezas, como por exemplo a escala dos tempos corresponde a: 𝜆𝑇=𝜆𝑙1 2 ⁄ (8) A partir das escalas da distância e dos tempos já é possível apresentar os valores as alturas de ondas, os níveis da maré e os períodos a utilizar. Obtém-se ainda a escala do peso dos blocos de enrocamento: 𝜆𝑤=𝜆𝑙3 (9) Inicialmente as alturas de ondas escolhidas seriam de 1 e 2 m (Silva, 2010). No entanto, caso se tivesse optado por estas duas alternativas teríamos dois estados de mar de ligeira gravidade. Decidiu-se, portanto, por alturas de onda de 2 e 3.25 m, de maneira a exemplificar um estado de mar calmo e outro de agitação severa. A onda de 2 m tinha como objetivo representar um estado do mar mais brando e, portanto, mais condizente com o atuante na maior parte do tempo. Já a altura de onda de 3.25 m pretende representar um estado de agitação muito elevado e que pode provocar alterações na estabilidade da estrutura. Inicialmente a altura de onda a utilizar era de 4 m mas devido a incompatibilidade com o gerador de ondas devido aos níveis de profundidade adotados, optou-se pelo valor mais gravoso possível, neste caso de 3.25 m. Os valores adotados estão representados na Tabela 2. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 46 Tabela 8 – Quadro resumo da Série A Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 47 Os ensaio desde A.1 até A.15 foram realizados no modelo de geossintéticos já apresentado na Figura 19. Os ensaios de A.1 até A.5 utilizaram o modelo de geossintéticos sem volumes de areia. No ensaio A.1 foram consideradas as condições de H = 2 m, T = 8 s e dNM = 11.75 m o que resultou num perfil final sem grandes alterações. No ensaio A.2 por engano foi utilizada uma altura de onda de H = 4 m, T = 8 s e dNM = 11.75 m, sem alterações substanciais. No ensaio A.3 foi utilizada também uma altura de onda de H = 4 m, incompatível com a profundidade utilizada que era no caso de 11.75 m, resultando daí a alteração da altura de onda máxima considerada para H = 3.25 m. O período foi de T = 12 s e dNM = 11.75 m. Erosão e acreção na zona da barra rebentação de relevo. Em relação ao ensaio A.4 as condições consideradas foram H = 2 m, T = 8 s e dPM = 13.75 m. A estrutura continua a não sofrer efeitos consideráveis devido à agitação do mar. O último ensaio realizado no modelo de geossintéticos sem volume de areia colocado à frente do talude dunar foi o ensaio A.5. As condições do estado do mar foram as seguintes: H = 2 m (1º ciclo), H =3.25 m (2º ciclo), T = 12 s e dPM = 13.75 m. No final deste ensaio deu-se uma rotura por instabilidade da estrutura representada na Figura 29. Figura 29 – Instabilidade do 1º tubo geossintético. Ensaio A.5. Como se utilizou um estado do mar com condições mais gravosas a estrutura instabilizou e o primeiro tubo geossintético de 10 cm saiu da sua posição inicial. Esta rotura deveu-se provavelmente a um efeito de parede resultante de uma má colocação do tubo geossintético em relação à divisória. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 48 Figura 30 – Perfis no ensaio A.5 Apesar da instabilidade, o perfil da praia não apresenta grandes alterações, corroborando a hipótese de a causa da instabilidade se dever a um efeito de parede. As soluções passíveis de serem adotadas seriam a colocação de um “apron” ou alimentação artificial de areias, como nos ensaios seguintes. O ensaio A.6 foi o primeiro com alimentação artificial de areias. A Figura 31 mostra a estrutura já adicionada de uma camada de areia. Figura 31 – Estrutura no início do ensaio A.6 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -1 0 1 2 3 4 5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 49 As condições do ensaio foram as seguintes: H = 2 m, T = 8 s e dNM = 11.75 m para um ciclo incompleto. Como estas condições iniciais não surtiram alterações então optou-se por outro regime de ondas. No ciclo seguinte alteraram-se os mesmo parâmetros para H = 3.25 m, T = 8 s e dNM =11.75 m. Novamente, este ensaio não sofreu mudanças dignas de registo. O ensaio A.7 (Figura 32) teve as seguintes condições iniciais: H = 3.25 m, T = 12 s e dNM = 11.75 m. Este ensaio foi sujeito a dois ciclos de 1230 s. Como se pode denotar a partir do gráfico dos perfis inicial e finais, a grande alteração é que o primeiro e o segundo tubo geossintético têm partes descobertas de areia. Outro fator a registar é a alteração do 1º para o 2º de que a acreção que se tinha formado na base do talude no final do 1º ciclo passou a erosão no final do 2º, havendo agora erosão. Figura 32 – Erosão na parte frontal da estrutura. Ensaio A.7. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 50 Figura 33 – Perfis no ensaio A.7 A Figura 33 confirma a mudança de acreção para erosão na base do talude demonstrando a influência dos ciclos na alteração do perfil da praia. A erosão até à profundidade de aproximadamente 3 m e o volume da barra de rebentação já têm algum relevo. O ensaio A.8 foi executado com os seguintes parâmetros iniciais: H = 2 m, T = 8 s e dPM = 13.75 m. Novamente sujeita a um estado do mar moderado, a estrutura não sofre instabilidade. No entanto, o primeiro tubo geossintético e o tubo de 32 cm ficam à vista. Em relação ao ensaio A.9 consideraram-se as seguintes condições iniciais: H = 3.25 m, T = 12 s e dPM = 13.75 m. Mais uma vez, o tubo de maior diâmetro na camada intermédia sofre erosão da areia à sua frente. No final do 2º ciclo também o primeiro tubo geossintético sofreu erosão da areia à sua frente. O espraiamento já atinge a estrutura em valores a ter atenção nomeadamente entre 40 a 50 cm. O ensaio A.10 (Figura 34) decorreu sob as condições de H = 3.25 m, T =8 s e dPM = 13.75 m. A estrutura foi sujeito a dois ciclos de 820 s. Não houve alterações de maior na estrutura enquanto que o perfil da praia sofreu erosão significativa até à profundidade de 2.5 m e a barra de rebentação reteve bastante volume de areia. -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo Final 2ºciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 51 Figura 34 – Perfis no ensaio A.10 O ensaio A.11 foi o primeiro ensaio adicionado de dois volumes de areia. A Figura 35 e a Figura 36 apresentam a estrutura adicionada das duas camadas de areia. Figura 35 – Disposição do 1º e do 2º volume. Ensaio A.11. -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo Final 2ºciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 52 Figura 36 – Estrutura em 1º plano. De notar as inclinações dos diferentes taludes. Ensaio A.11. Na Figura 36 é visível a diferença de inclinação entre os taludes das três camadas de areia diferentes: o 1º volume de areia, o 2º e a praia inicial. O ensaio A.11 foi sujeito às seguintes condições: H=2 m, T = 12 s e dNM = 11.75 m. Como se tratou de um estado de agitação moderado apenas se realizou um ciclo de 1230 s e registou-se uma ligeira acreção entre os 2 volumes de areia. A barra de rebentação revelou-se muito diminuta. Para o ensaio A.12 considerou-se H = 3.25 m, T = 12 s e dNM = 11.75 m. De registar que ao fim do 2º ciclo o 2º volume erodiu na totalidade. Esta é provavelmente uma das razões a formação de uma maior barra de rebentação, neste caso com 6 cm de altura máxima. A Figura 37 e a Figura 38 corroboram esta afirmação. Figura 37 – Perfis no ensaio A.12 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo Final 2ºciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 53 Figura 38 – Barra de rebentação. Ensaio A.12 A partir deste ensaio já se começaram a tirar determinadas conclusões, especificamente que a estrutura reage bem a estados de agitação leves ou moderados enquanto para estados de agitação mais gravosos a areia é erodida tanto no 1º volume como no 2º volume. O ensaio A.13 foi o primeiro a ser adicionado dos 3 volumes projetados. Os parâmetros escolhidos foram H = 3.25 m, T = 12 s e dPM = 13.75 m. De nota apenas uma pequena acreção na zona do 2º volume e o facto de o tubo geossintético de maior dimensão ficar com grande parte da sua zona frontal a descoberto. Para o ensaio A.14 as condições foram de H = 2 m, T = 8 s e dPM = 13.75 m. Condições pouco gravosas mas ainda assim a registar que o 2º e o 3º volume sofrem bastante erosão no final do 2º ciclo como é possível observar na Figura 39. Figura 39 – Erosão do 2º e do 3º volume. Ensaio A.14. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 54 No ensaio A.15 foi adicionado mais um tubo geossintético na zona da base do talude. Para este ensaio foram realizados especialmente 3 ciclos. Para o 1º ciclo as condições foram H = 2 m, T = 8 s e dPM = 13. 75 m. Para o 2º ciclo utilizaram-se as mesmas condições do 1º ciclo. Finalmente, para o 3º ciclo, foram utilizadas as seguintes condições: H= 2 m, T = 12 s e dPM = 13.75 m. Não se refez o perfil no início do 3º ciclo. Os dois primeiros ciclos tiveram apenas o primeiro tubo geossintético a ficar à vista, enquanto no final do 3º ciclo o tubo de maior dimensão da camada intermédia também sofreu erosão da areia à sua frente. A Figura 40 e a Figura 41 comparam a estrutura no final do 2º ciclo e no final do 3º ciclo. Figura 40 – Estrutura no final do 2º ciclo. Ensaio A.15. Figura 41 – Estrutura no final do 3º ciclo. Ensaio A.15. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 55 3.4.2. SÉRIE B A Tabela 9 resume as condições dos ensaios na Série B. Tabela 9 – Quadro resumo de Série B Os ensaios de B.1 até B.9 foram realizados com o modelo B que consistia na construção de um modelo de enrocamento. Esta série de ensaios tem um menor número de testes comparativamente com a série A pois foram dispensados os ensaios que na primeira série não afetaram de forma relevante a estrutura. O ensaio B.1 utilizou a estrutura em enrocamento sem a proteção das camadas de areia. As características do ensaio foram: H = 3.25 m, T = 12 s e dNM = 11.75 m. Inicialmente utilizou-se uma altura de onda de 2 m, porém, os resultados não se revelaram significativos e optou-se pelo aumento desse valor. Como a primeira defesa em relação às ondas era a camada de enrocamento e o imbricamento das pedras nem sempre satisfaz o nível de segurança desejado, um muito reduzido número de blocos de enrocamento deslocou-se da sua posição inicial, causando instabilidade na estrutura. Sem enchimento 1º Volume de Enchimento 1º + 2º Volume de Enchimento 1º + 2º + 3º Volume de Enchimento 3.25 12 13.75 B.7 3.25 12 11.75 B.8 2 8 13.75 B.9 B.5 3.25 8 13.75 B.6 2 8 11.75 B.3 2 8 13.75 B.4 3.25 12 13.75 B.1 3.25 12 11.75 B.2 3.25 12 11.75 Estrutura Aderente em Enrocamento H (m) T(s) d (m) Enchimento com Areias Série B Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 62 Figura 51 – Perfis no ensaio B.9 Figura 52 – Estrutura em 2º plano. Ensaio B.9 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1ºciclo Final 2ºciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 63 Figura 53 – Estrutura em 1º plano. Rotura da estrutura aderente. Ensaio B.9. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 64 4 CONCLUSÕES Este último capítulo sintetiza os resultados e as conclusões tiradas a partir do trabalho laboratorial descrito no capítulo 3. Os ensaios realizados sobre o comportamento de estruturas de defesa aderentes com e sem recobrimento de areias foram agrupados em duas séries, A e B. Na série A, a primeira série de ensaios, que fazia uso do modelo com estrutura aderente em geossintéticos, permitiu perceber a possibilidade da utilização de tubos geossintéticos como alternativa viável para estruturas de defesa costeira aderentes. A estrutura revelou-se estável tanto para os ensaios sem alimentação de areia como para qualquer combinação entre volumes de areias e para os períodos de onda de 8 e 12 s. No último ensaio sem volumes de areia adicionados, Ensaio A.5, o primeiro tubo geossintético deslocou-se substancialmente da posição inicial, situação que se deveu muito provavelmente a um efeito de parede e não às condições impostas pelo ensaio. Com a adição dos volumes de sedimentos a estrutura reagiu positivamente sem ocorrência de erosões desses volumes para estados de agitação pouco energéticos. Para estados de agitação mais gravoso, reagiu parcialmente bem não tendo os tubos entrado em processo de instabilidade, apesar de sofrerem ligeiros deslocamentos, mas a areia colocada na sua zona frontal sofreu erosão desde um volume menor até um volume considerável. A instabilidade da estrutura é dependende da duração do ensaio. Em relação à série B, que fazia uso do modelo com a estrutura convencional em blocos de enrocamento, solução comum para a região costeira portuguesa, confirmaram-se alguns comportamentos favoráveis mas também fragilidades. No primeiro grupo de ensaios, sem colocação de volumes de areia de enchimento, a estrutura não sofreu alterações. No entanto para estados de agitação mais energéticos a mesma evidenciou deslocamento de blocos de enrocamento desde um número reduzido até um número relevante de pedras deslocadas. A estrutura continuou a exibir um comportamento positivo para os ensaios com adição dos volumes de areia e com estados de mar pouco energéticos, enquanto para estados de agitação mais elevada já se verificou a saída de blocos. A razão para o deslocamento dos blocos de enrocamento pode estar associada a um imbricamento deficitário das pedras no modelo. Apesar do seu peso em modelo corresponder a um valor plausível em protótipo, o trabalho manual da sua colocação não conduziu a uma maximização do imbricamento. Um fator preponderante e que afetou principalmente os ensaios com moderada a elevada agitação foi o aparecimento de arribas de erosão ao longo de todo o perfil na base do talude dunar. Isto deve-se ao facto de a areia colocada ter sido bem “compactada” o que não corresponderia a uma situação real e ter uma granulometria mais fina do que as areias associadas à costa portuguesa. Esta condicionante pode ter afeta a deposição dos volumes em frente à estrutura para profundidades pequenas. Todo o programa de ensaios foi fortemente condicionado pela “janela” de tempo de disponibilização do tanque de ondas (duas semanas). Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 65 Uma medida que completaria este trabalho seria a consideração de um período de onda intermédio. Os ensaios foram testados para um período de onda pequeno e exemplificados de um estado de mar calmo e um período de onda que exemplificaria uma situação mais energética do estado do mar. Uma situação intermédia seria portanto uma variante a testar. Criou-se então uma situação em que o resultado final dos ensaios alternava entre uma situação de muito pouca alteração em relação à situação inicial e uma situação em que o perfil sofria mudanças muito significativas e, frequentemente, a estabilidade da estrutura já era afetada consideravelmente. A consideração de outros níveis de água e inclinações do talude, assim como outras combinações de volumes de areia de enchimento seriam também aspetos a considerar num novo programa de ensaios laboratoriais. A utilização de um medidor de perfis (o existente encontrava-se avariado) teria possibilitado um automatismo e maior rigor. A escolha entre as duas soluções de defesa aderente, cilindros de geossintéticos versus enrocamento, prender-se-á com diversos aspetos como o paisagístico, estrutural e económico. Para as condições de ensaio verificou-se que a estabilidade estrutural entre as duas situações foi bastante similar. Enquanto que uma estrutura aderente com revestimento em blocos de enrocamento é uma solução comum em Portugal, a alternativa pelos geossintéticos pode ser uma solução mais económica mas potencialmente menos robusta para climas de agitação extremos. A alimentação de areias de uma praia na presença de uma estrutura longitudinal aderente ou/e o recobrimento/enchimento com areias dessa estrutura, além de introduzir uma vantagem ambiental pode contribuir para a eficácia dessa mesma estrutura aderente (em termos de estabilidade e de redução de infra-escavações). No entanto a “durabilidade” dessa alimentação ou desse enchimento/recobrimento ficará muito dependente da intensidade da agitação incidente. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 66 BIBLIOGRAFIA BESSA, Marlene Monteiro (2012) – Dimensionamento e avaliação experimental do comportamento de estruturas de defesa costeira longitudinais aderentes. Tese de Mestrado. Porto. FEUP. DEAN, R. G. (1991), “Equilibrium Beach Profiles: Characteristics and Applications”. In Journal of Coastal Research. HERBICH, J. B. (2000) – Beach nourishment design. In Handbook of Coastal Engineering. PILARCZYK, K.W. (2000) - Design of dikes and revetments. Dutch practice in Herbich, J.B. (ed.) Handbook of Coastal Engineering. NEVES, Luciana Paiva das (2003) – Geossintéticos e geossistemas em engenharia costeira. Tese de Mestrado. Porto. FEUP. NEVES, Luciana Paiva das (2013) – Experimental stability analysis of geotextile encapsulated-sand systems under wave-loading. Dissertação para Doutoramento. Porto. FEUP. RAMOS, Tiago Filipe Ferreira (2011) – Estudo de reabilitação de estruturas de defesa costeira: casos de estudo do Mindelo, Norte do Furadouro e Torreira. Tese de Mestrado. Porto. FEUP. SILVA, Raquel Castro Alves Ferreira da (2010) – Avaliação experimental e numérica de parâmetros associados a modelos de evolução da linha de costa. Dissertação para Doutoramento. Porto. FEUP. VELOSO GOMES, Fernando (1996) – Reflexões sobre a Vulnerabilidade e Risco de Exposição das Orlas Costeiras às Acções Energéticas do Mar (1995). Lição de síntese. Sumário Pormenorizado. Provas para o Título de Agregado da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto VELOSO GOMES, Fernando (2014) – Apontamentos de Trabalhos Marítimos 1 e 2. Porto. FEUP. U.S. Army Corps of Engineers (2006). Beach fill design. Coastal Engineering Manual. U.S. Army Corps of Engineers (2006). Shore protection projects. Coastal Engineering Manual. [1] http://www.aprh.pt/rgci/imagens/paredaoEspinho.jpg. Acedido em Março de 2015. [2] http://www.increa.eu/en/gestor/recursos/imagenes/diques/diques-02.jpg. Acedido em Maio de 2015 Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 67 Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 68 ANEXOS Série A …………………………………………………………………………………………………70 Série B ………………………………………………………………………………………………..102 Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 69 Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 70 Anexo A.1 – Ensaio A.1 Gráfico A.1.1 Ensaio Série A Nº 10 d (m) 11.75 2 8 1º Sim 1º 820 2º 2º 3º 3º Alterações impercetíveis no final do ensaio na estrutura e no perfil da praia.  Entre as profundidades de 39 cm e 47 cm  Altura máxima: 2 cm Rugas:  A partir da profundidade de 47 cm  Amplitude de 1 cm 1 º Ciclo: Espraiamento:  Não atinge estrutura Barra de rebentação: Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (cm) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) Observações -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -1 0 1 2 3 4 5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Final 1º Ciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 71 Figura A.1.1 – Disposição dos tubos geossintéticos de menores dimensões na camada inferior da estrutura Figura A.1.2 – Estrutura em 1º plano Figura A.1.3 – Estrutura em 2º plano Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 78 Anexo A.5 – Ensaio A.5 Ensaio Série A Nº 50 d (m) 13.75 212 1º Sim 1º 1230 3.25 12 2º Sim 2º 1230 3º 3º Estabilidade da estrutura:  Primeiro tubo geossintético afasta-se cerca de 40 cm da posição inicial. A causa é possivelmente o efeito de parede.  Possíveis soluções seriam a colocação de um “apron” ou alimentação artificial de areia como em próximos ensaios. Rugas:  Desde a profundidade de 27.5 cm até final da praia. Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s)  Nas ondas de maior altura atinge com alguma frequência o tubo de maior diâmetro. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13.5 cm até 26 cm.  Altura máxima de 7.5 cm. 2º Ciclo: Não se refez o perfil antes de começar este ciclo. Espraiamento: Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13.5 cm até 18.5 cm.  Altura máxima de 3.7 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 21 cm. Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge 1º tubo e por vezes o tubo de maior diâmetro. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 79 Gráfico A.5.1 Figura A.5.1 – Barra de rebentação no final do 2º ciclo Figura A.5.2 – Rotura do primeiro tubo geossintético no final do 2º ciclo Figura A.5.3 – Rotura do primeiro tubo geossintético no final do 2º ciclo -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -1 0 1 2 3 4 5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 80 Anexo A.6 – Ensaio A.6 Gráfico A.6.1 Ensaio Série A Nº 61 d (m) 11.75 3.25 8 1º Sim 1º 820 2º 2º 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) Rugas:  Desde a profundidade de 28 cm. Situação de acreção na base do talude. Não se realizou o 2º ciclo pois considerou-se que o estado do mar era pouco gravoso e não haveriam alterações de relevo.  Atinge a estrutura em 10 a 15 cm. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 14 cm até 28 cm.  Altura máxima de 6.3 cm. Observações Iniciou-se o ensaio com uma altura de onda de H = 2 m. Contudo, não tendo havido alterações significativas no perfil cessou-se o ensaio ao fim de 3 minutos e aumentou-se a altura de onda. 1º Ciclo: Espraiamento: -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 012345 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 81 Figura A.6.1 – Estrutura adicionada do 1º volume de areia Figura A.6.2 – Perfil transversal da estrutura com o 1º volume de areia Figura A.6.3 – Barra de rebentação no final do 1º e único ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 82 Anexo A.7 – Ensaio A.7 Ensaio Série A Nº 71 d (m) 11.75 3.25 12 1º Sim 1º 1230 3.25 12 2º Sim 2º 1230 3º 3º Uma situação de acreção na base do talude no final do 1º ciclo tornou-se numa situação de erosão no final do 2º. Estabilidade da estrutura:  Areia sobre o primeiro tubo erodiu completamente em relação ao 1º ciclo. Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13 e 24 cm.  Altura máxima de 7 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 24 cm. 2º Ciclo: Espraiamento:  Atinge os 25/30 cm e atinge o primeiro tubo e grande parte do tubo maior. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13 cm até 28 cm.  Altura máxima de 7 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 28 cm. Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Deixa à vista a parte de baixo do tubo de maior diâmetro e a parte superior do primeiro tubo. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 83 Gráfico A.7.1 Figura A.7.1 – Estrutura no final do 1º ciclo Figura A.7.2 – Estrutura no final do 2º Ciclo Figura A.7.3 – Perfil transversal da estrutura com o 1º volume de areia erodido -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo Final 2ºciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 84 Anexo A.8 – Ensaio A.8 Gráfico A.8.1 Ensaio Série A Nº 81 d (m) 13.75 2 8 1º Sim 1º 820 2º 2º 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s)  Desde a profundidade de 14 cm. Estabilidade da estrutura:  Parte superior do primeiro tubo à vista e parte inferior e central do tubo de maior diâmetro à vista. Não se realizou o 2º ciclo porque se considerou que seria muito semelhante ao 1º Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 8.1 cm até 14 cm.  Altura máxima de 3.2 cm. Rugas: Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge a estrutura num comprimento de 15 cm. -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 85 Figura A.8.1 – Erosão do 1º volume e acreção na base do talude Figura A.8.2 – Barra de rebentação Figura A.8.3 – Rugas Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 86 Anexo A.9 – Ensaio A.9 Gráfico A.9.1 Ensaio Série A Nº 91 d (m) 13.75 3.25 12 1º Sim 1º 1230 3.25 12 2º Sim 2º 1230 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) 2º Ciclo: Perfil do 2º ciclo muito parecido ao do 1º ciclo logo não se tirou o perfil. A principal diferença em relação ao primeiro ciclo é que o primeiro tubo fica completamente descoberto e há erosão à sua volta assim como em volta do tubo maior. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 15 cm até 30.5 cm.  Altura máxima de 6 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 30.5 cm. Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge a estrutura em cerca de 45 a 50 cm, destapando o tubo de maior diâmetro. -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 87 Figura A.9.1 – Erosão do 1º volume Figura A.9.2 – Barra de rebentação Figura A.9.3 - Estrutura no final do ensaio Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 94 Anexo A.13 – Ensaio A.13 Ensaio Série A Nº 13 3 d (m) 13.75 3.25 12 1º Sim 1º 1230 3.25 12 2º Sim 2º 1230 3º 3º 2º Perfil idêntico ao 1º logo não se mediu. 2º Perfil idêntico ao 1º logo não se mediu. Barra de rebentação:  Altura máxima de 7.2 cm. Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) Estabilidade da estrutura:  O2º volume desaparece quase totalmente assimcomo a parte inferior do 3º volume e parte do 1º volume. Tubo de maior diâmetro com a sua parte central à vista.  Estrutura estável. Acreção na zona do 2º volume. 2º Ciclo: Rugas:  Desde a profundidade de 23 cm. Estabilidade da estrutura:  Parte do tubo de maior diâmetro à vista. Espraiamento:  Atinge todo o 2º volume e espraia em 20 a 25 cm do 3º volume. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13 e 23 cm.  Altura máxima de 5.6 cm. Observações Primeiro ensaio com os 3 volumes de areia. 1º Ciclo: Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 95 Gráfico A.13.1 Figura A.13.1 – Estrutura adicionada dos 3 volumes Figura A.13.2 – Estrutura adicionada dos 3 volumes (continuação) Figura A.13.3 – Erosão do 1º, 2º e 3º volume no final do 1º ciclo -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 96 Anexo A.4 – Ensaio A.14 Gráfico A.14.1 Ensaio Série A Nº 14 3 d (m) 13.75 2 8 1º Sim 1º 820 2 8 2º Sim 2º 820 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) 2º Ciclo: Estabilidade da estrutura:  Uma pequena parte do tubo maior fica à vista.  Grande parte do 2º e3º volume de areia é erodido. O 2º volume desaparece quase totalmente assim como a parte inferior do 3º volume e parte do 1º volume. Tubo de maior diâmetro com a sua parte central à vista.  Desde a profundidade de 15 cm. Estabilidade da estrutura:  Erosão de parte da base do talude do 1º volume.  Não há tubos à vista. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 11.5 e 15 cm.  Altura máxima de 5 cm. Rugas: Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge em 10 cm o 3º volume. -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo Final 2ºciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 97 Figura A.14.1 – Erosão no 2º e no 3º volume Figura A.14.2 – Erosão no 2º e no 3º volume (continuação) Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 98 Anexo A.15 – Ensaio A.15 Ensaio Série A Nº 15 3 d (m) 13.75 2 8 1º Sim 1º 820 2 8 2º Sim 2º 820 2 12 3º Sim 3º 1230 Estabilidade da estrutura:  Parte frontal do tubo de maior diâmetro fica à vista e areia erodida nessa zona cobre parte do 1º tubo. Não se tirou o perfil em nenhum dos ciclos.  Entre as profundidades de 8 e 17 cm.  Altura máxima de 4.3 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 17 cm. Barra de rebentação: Não se refez o perfil antes de realizar o 3º ciclo. Espraiamento:  Atinge a areia acumulada por cima do 6º tubo 3º Ciclo: Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) 2º Ciclo: Perfil muito idêntico ao 1º ciclo. Estabilidade da estrutura:  Parte frontal e superior do 6º tubo  Desde a profundidade de 15 cm. Estabilidade da estrutura:  O novo tubo sofre erosão na parte frontal e superior.  Erosão da maior parte do 2º volume.  Atinge em 10 cm o 3º volume. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 8.5 e 17.5 cm. Rugas: Observações Alteração no modelo: Adição de mais um tubo geossintético (o 6º) a servir como risberma. 1º Ciclo: Espraiamento: Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 99 Figura A.15.1 – Adição do 6º tubo de geossintéticos, localizado à esquerda na figura Figura A.15.2 – Novo tubo geossintético e disposição do mesmo com os 3 volumes de areia Figura A.15.3 – Erosão do 2º e 3º volume Figura A.15.4 – Barra de rebentação no final do 1º ciclo Figura A.15.5 – Rugas no final do 1º ciclo Figura A.15.6 – Estrutura no final do 1º ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 100 Figura A.15.7 – Erosão no 2º e 3º volume no final do 2º ciclo Figura A.15.8 – Barra de rebentação no final do 2º ciclo Figura A.15.9 – Estrutura no final do 2º ciclo Figura A.15.10 – Acreção no 2º volume em relação aos ensaios anteriores e pequena erosão no 1º volume. Figura A.15.11 – Estrutura no final do 3º ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 101 Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 102 Anexo B.1 – Ensaio B.1 Ensaio Série B Nº 10 d (m) 11.75 3.25 12 1º Sim 1º 1230 3.25 12 2º Sim 2º 1230 3º 3º Acreção no final do 1º ciclo na base do talude desapareceu.  Desde a profundidade de 25 cm. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13 e 25 cm.  Altura máxima de 6.2 cm.  Rugas: Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s)  Atinge cerca de 15 cm da estrutura. Ligeira acreção na base do talude. 2º Ciclo: Espraiamento: Rugas:  Desde a profundidade de 25 cm. Estabilidade da estrutura:  Cerca de 5 a 6 pedras do manto exposto de enrocamento deslocam-se da sua posição inicial. Espraiamento:  Atinge a estrutura em cerca de 15 cm. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13 e 25 cm.  Altura máxima de 5.5 cm. Observações Iniciou-se o ensaio com um período de T = 8 s. Porém considerou-se a situação pouco gravosa, parou-se o ensaio ao fim de 3 minutos e aumentou-se o mesmo para T= 12 s. 1º Ciclo: Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 103 Gráfico B.1.1 Figura B.1.1 – Modelo com a estrutura em enrocamento em 1º plano Figura B.1.2 – Modelo com a estrutura em enrocamento antes do ensaio em 2º plano Figura B.1.3 – Perfil transversal com destaque para a zona da base do talude antes do ensaio Figura B.1.4 – Estrutura em 2º plano no final do 1º ciclo -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1º ciclo Final 2ºciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 110 Figura B.3.5 – Estrutura em 1º plano no final do 1º ciclo Figura B.3.6 – Estrutura em 1º plano no final do 2º ciclo Figura B.3.7 – Perspetiva da zona frontal e de parte do perfil no final do 2º ciclo Figura B.3.8 – Barra de rebentação no final do 2º ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 111 Anexo B.4 – Ensaio B.4 Gráfico B.4.1 Ensaio Série B Nº 41 d (m) 13.75 3.25 12 1º Sim 1º 1230 2º 2º 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s)  Desde a profundidade de 28 cm. Estabilidade da estrutura:  Maior parte do 1º volume erode e blocos do enrocamento ficamà vista. Um número substancial de pedras desloca-se da sua posição. Não se realizou o 2º ciclo pois a estrutura revelou muita instabilidade no 1º. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 14 e 28 cm.  Altura máxima de 6.5 cm. Rugas: Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge cerca de 40 cm no talude. -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1ºciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 112 Figura B.4.1 – Perfil transversal na zona da base do talude com destaque para a disposição do 1º volume de areia e da primeira camada de enrocamento Figura B.4.2 – Estrutura adicionada do 1º volume de areia antes do ensaio Figura B.4.3 – Estrutura após o 1º ciclo Figura B.4.4 – Deslocamentos máximos dos blocos de enrocamento causados pela instabilidade Figura B.4.5 – Erosão do 1º volume de areia após o 1º ciclo Figura B.4.6 – Barra de rebentação no final do 1º ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 113 Anexo B.5 – Ensaio B.5 Ensaio Série B Nº 51 d (m) 13.75 3.25 8 1º Sim 1º 820 3.25 8 2º Sim 2º 820 3º 3º Rugas:  Desde a profundidade de 29 cm. Estabilidade da estrutura:  Pedras da risberma ficam à vista. 7 a 8 pedras ficam à vista. Muita erosão na base do talude. Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s)  Altura máxima de 7 cm. Espraiamento:  Atinge cerca de 20 cm do talude. Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 18 e 29 cm.  Desde a profundidade de 28 cm. Estabilidade da estrutura:  Grande parte do 1º volume erode mas apenas uma pedra se desloca. 2º Ciclo: Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 15.5 e 26 cm.  Altura máxima de 5.3 cm. Rugas: Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge cerca de 20 cm no talude. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 114 Gráfico B.5.1 Figura B.5.1 – Estrutura em 2º plano no final do 1º ciclo Figura B.5.2 – Estrutura no final do 1º ciclo Figura B.5.3 – Deslocamento do bloco de enrocamento no final do 1º ciclo Figura B.5.4 – Erosão do 1º volume no final do 1º ciclo na base do talude -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1ºciclo Final 2ºciclo PM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 115 Figura B.5.5 – Barra de rebentação no final do 1º ciclo Figura B.5.6 – Erosão do 1º volume e na zona da risberma Figura B.5.7 – Barra de rebentação no final do 2º ciclo Figura B.5.8 – Estrutura no final do 2º ciclo. Pedras da risberma à vista. Figura B.5.9 – Deslocamentos máximos de blocos de enrocamento por instabilidade Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 116 Anexo B.6 – Ensaio B.6 Gráfico B.6.1 Ensaio Série B Nº 62 d (m) 11.75 212 1º Sim 1º 1230 2º 2º 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s) Rugas:  Desde a profundidade de 15 cm. Estabilidade da estrutura:  A areia não erode em nenhum dos volumes. Espraiamento:  Atinge todo o 2º volume e cerca de 10 cm do 1º volume. Barra de rebentação:  Não existe. Observações Primeiro ensaio com enrocamento com dois volumes de areia. 1º Ciclo: -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1ºciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 117 Figura B.6.1 – Disposição dos 2 volumes de areia utilizados Figura B.6.2 – Estrutura antes do ensaio Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 118 Anexo B.7 – Ensaio B.7 Ensaio Série B Nº 72 d (m) 11.75 3.25 12 1º Sim 1º 1230 3.25 12 2º Sim 2º 1230 3º 3º Volumes de areia utilizados Altura de onda pretendida (m) Período de onda pretendido (s) Ciclos Duração dos ciclos (s)  2º Volume quase totalmente erodido. Muita erosão nas maiores profundidades. Poucas pedras à vista, nenhuma fora do sítio. Estabilidade da estrutura: Barra de rebentação:  Entre as profundidades de 13 e 28 cm.  Altura máxima de 6.7 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 28 cm. Estabilidade da estrutura:  Cerca de metade da areia do 2º volume é erodida. Pouca areia do 1º volume erodida. Não há pedras à vista. 2º Ciclo: Barra de rebentação:  Entre profundidades de 13 e 28 cm.  Altura máxima de 5.5 cm. Rugas:  Desde a profundidade de 28 cm. Observações 1º Ciclo: Espraiamento:  Atinge 1º volume em aproximadamente 15 a 20 cm. Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 119 Gráfico B.7.1 Figura B.7.1 – Disposição dos 2 volumes de areia utilizados -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Cota (m) Distância ao ponto de referência (m) Perfil Inicial Final 1ºciclo Final 2ºciclo NM Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 126 Figura B.9.5 - Estrutura no final do 1º ciclo Figura B.9.6 – 2º volume sofre erosão elevada Figura B.9.7 – Bastante erosão no 1º e 3º volumes. Figura B.9.8 – Barra de rebentação no final do 1º ciclo Figura B.9.9 – Estrutura em 2º plano no final do 2º ciclo Figura B.9.10 – Estrutura no fim do 2º ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 127 Figura B.9.11 – Exemplo de deslocamento substancial de blocos de enrocamento Figura B.9.12 – 2º volume quase totalmente erodido Figura B.9.13 – 1º e 3º volumes quase totalmente erodidos Figura B.9.14 – Barra de rebentação no final do 2º ciclo Estudo Laboratorial do Comportamento de uma Estrutura de Defesa Costeira Aderente com Alimentação de Areias 128