Publications

This paper presents a study of run-up/overtopping over a smooth impermeable dike with promenade using 2D and 3D mesh-based and mesh-free numerical models and results from 2D physical modelling for strong energetic incident waves. These waves induce plunging wave breaking and a complex water/air mixture turbulent flow before overtopped the dike, a challenging configuration for numerical models. The analysis is structured in two phases: (i) evaluates the results of 2D numerical and physical models for run-up and overtopping; (ii) compares qualitatively the results of 3D numerical models for overtopping over a dike with promenade between groins located in front of a slope beach. The results indicate that the main differences obtained in run-up and overtopping are due to differences in wave generation and active absorption systems used in physical and numerical models and in turbulent models used by the numerical models. These differences lead to changes on incident wave height and on wave breaking and, consequently, on reflection, run-up and overtopping over the structure. For 3D simulation, even if larger discrepancies were found on overtopping along the dike, mean wave overtopping discharge and water flow height at the crest of the groin head show a similar order of magnitude.

Artificial neural networks (ANN) are extremely powerful analytical, parallel processing elements that can successfully approximate any complex non-linear process, and which form a key piece in Artificial Intelligence models. Its field of application, being very wide, is especially suitable for the field of prediction. In this article, its application for the prediction of the overtopping rate is presented, as part of a strategy for the sustainable optimization of coastal or harbor defense structures and their conversion into Waves Energy Converters (WEC). This would allow, among others benefits, reducing their initial high capital expenditure. For the construction of the predictive model, classical multivariate statistical techniques such as Principal Component Analysis (PCA), or unsupervised clustering methods like Self Organized Maps (SOM), are used, demonstrating that this close alliance is always methodologically beneficial. The specific application carried out, based on the data provided by the CLASH and EurOtop 2018 databases, involves the creation of a useful application to predict overtopping rates in both sloping breakwaters and seawalls, with good results both in terms of prediction error, such as correlation of the estimated variable.

O projeto de investigação e desenvolvimento To-SEAlert financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia e envolvendo o LNEC, a FCiências.ID, a NOVA.ID.FCT e o ISEL tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de previsão, alerta, planeamento de emergência e gestão de risco de galgamentos e inundações em zonas costeiras e portuárias, com base no sistema HIDRALERTA. Partindo das características da agitação marítima ao largo e utilizando modelos numéricos para a propagação e deformação da agitação marítima, o sistema HIDRALERTA estima os parâmetros relevantes da agitação marítima para a avaliação do galgamento e da inundação bem como o risco associado a esses eventos. As funcionalidades que se pretendem melhorar no âmbito do projeto To-SEAlert dizem respeito às metodologias de previsão do galgamento e da delimitação da zona inundada, bem como no apoio à resposta a situações de emergência envolvendo fenómenos de galgamento. A implementação e a validação do protótipo do To-SEAlert estão a ser efetuadas para a zona costeira da Costa da Caparica e para o porto da Ericeira. Este artigo apresenta o trabalho desenvolvido até à data na construção e desenvolvimento do protótipo do To-SEAlert para o porto da Ericeira.

Under the scope of the HYDRALAB+ transnational access project, the so-called RODBreak experiment was conducted in the multidirectional wave basin at the Marienwerden facilities of the Leibniz University Hannover (LUH). A stretch of a rubble-mound breakwater was built in the wave basin with a very gentle slope. Its armour layer was made of Antifer cubes, at the roundhead and adjoining trunk, and of rock, at the rest of the trunk.A set of tests was carried out to extend the range of wave steepness values analysed in wave run-up, vertopping and armour layer stability studies, focusing on oblique extreme wave conditions, with incident wave angles from 40º to 90º.The present study focuses on the analysis of measured wave run-up values obtained in the tests and on their on their variability as well as the influence of the wave obliquity and directional spreading.

Several authors have proposed guidelines on how to consider the effects of oblique waves on the stability of armour layers of rubble-mound breakwaters. Especially for very oblique waves, for which the increase in stability is the largest, limited data are available. Under the scope of the HYDRALAB+ transnational access project

This paper describes a program under the responsibility of LNEC for the systematic observation and monitoring of maritime works that has successfully been applied to a number of maritime structures on the Portuguese mainland coast. The now-called OSOM+ program comprises the following four main components for each structure: i) periodic visual inspections by an experienced technician; ii) periodic aerial inspections with a UAV/ drone; iii) a ANOSOM-WEB database, to store and/or query obtained information on the observation campaigns, as well as to diagnose present, evolution and risk conditions of the structure; iv) a mobile, portable, application, for realtime input and visualization of the database information. OSOM+ has recently been updated with a number of tools and functionalities that are illustrated in this paper with applications to two real case studies: the Portimão harbor breakwaters and Faro-Olhão inlet entrance breakwaters, both located in the south coast of Portugal.

Wave energy is a renewable source with significant amount in relation to the global demand. A good concept of a device applied to extract this type of energy is the onshore oscillating water column wave energy converter (OWC-WEC). This study shows a numerical analysis of the diameter determination of two types of turbines, Wells and Impulse, installed in an onshore OWC device subjected to a hypothetical sea state. Commercial software FLUENT, which is based on RANS-VoF (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations and Volume of Fluid technique), is employed. A methodology that imposes air pressure on the chamber, considering the air compressibility effect, is used. The mathematical domain consists of a 10 m deep flume with a 10 m long and 10 m wide OWC chamber at its end (geometry is similar to that of the Pico

Para caracterizar a agitação marítima no Porto de Leixões após o prolongamento do quebra-mar exterior, sob condições de alterações climáticas foi realizado um extenso grupo de ensaios em modelo físico tridimensional de agitação, num tanque do LNEC, à escala 1:80, representando-se toda a bacia portuária e o prolongamento do quebra-mar exterior do Porto de Leixões. Foram realizados ensaios com diferentes condições de agitação incidente para o rumo W e com dois níveis de maré, que correspondem ao nível médio e a preia-mar com uma sobrelevação representativa dos efeitos das alterações climáticas e da sua influência na agitação marítima. Foi medida a agitação em 30 pontos localizados na entrada do porto e no interior da bacia portuária e analisou-se o abrigo da bacia portuária com a ampliação do quebra-mar norte e as diferenças entre o abrigo para os dois níveis de maré ensaiados.As principais conclusões dos ensaios realizados foram que os maiores valores de alturas de onda ocorreram na zona exterior e de entrada do porto, diminuindo para o seu interior. Ao longo do canal de navegação, as alturas de onda vão diminuindo e no interior do porto obtiveram-se valores da altura de onda pequenos. A subida do nível do mar, para as condições ensaiadas, não afeta significativamente a agitação no interior da bacia portuária. No entanto, no exterior e zona de entrada do porto contribui para alterações da agitação que diferem consoante o período de pico e a altura de onda significativa incidente.

The vegetation capacity to protect the coasts from wave action is becoming more important and attractive due to ongoing sea level rise and increasing storminess. In addition, it is a quite environmentally friendly way. Quantifying the vegetation effect in wave propagation will be relevant for coastal management. A non-hydrostatic wave model based on the nonlinear shallow water equations, SWASH, offers opportunities to quantify the wave dissipation effect in vegetation fields. However, limited applications of SWASH addressing this subject can be found in the literature and therefore it is important to enhance the existing knowledge on the model behaviour. In this research, in order to understand the characteristics of the SWASH model further, the model is applied to reproduce the significant wave height (Hs ) evolution over vegetation fields measured in flume experiments and in field campaign. Overall, SWASH performed very well in reproducing the Hs evolution measured both in the laboratory and in the field. In the case of flume data, the statistical scores MBE, RMSE and MRE, showed that the SWASH performance clearly improved when increasing the number of vertical layers assumed in the simulations. In the case of field data, considering a vegetation factor (Vf ) between 0.1 and 0.5, that represents the overall effect of scarcely known numerical vegetation parameters, led to a fairly good SWASH performance in modelling the Hs evolution over vegetation.

The To-SEAlert project has the aim of increasing the efficiency, robustness and reliability of the HIDRALERTA system.

Communities can be vulnerable to wave-induced flooding and risk is expected with rising sea levels and population growth.

The assessment of damage evolution in scale model tests of rubble-mound breakwaters can be achieved by comparing eroded depths and volumes between consecutive surveys. Aiming to evaluate damage evolution on rubble-mound breakwater, scale model tests were recently conducted on the maritime hydraulic facilities of the National Laboratory for Civil Engineering. This paper focuses on the use of novel, non-intrusive survey methodologies such as the Time of Flight (ToF) principle technique. Damage evaluation is based on the comparison of point clouds obtained before and after each test series, enabling the extraction of profiles, the calculation of eroded depths and eroded volumes and the estimation of displaced units.

Neste estudo recorre-se à modelação numérica para a simulação de eventos de galgamento, inundação e erosão costeira em zonas costeiras devido a ocorrência de tempestades. Esta metodologia está a ser estudada para o troço costeiro da Costa da Caparica, na área que compreende toda a extensão da estrutura de defesa aderente, para a tempestade Hércules/Christine. Nesta modelação numérica recorreram-se aos modelos numéricos SWAN e XBeach. Estes modelos foram utilizados para simular 96 h de forçamentos oceanográficos sobre a área de estudo, representando assim a tempestade entre os dias 3 e 7 de janeiro de 2014. Os resultados preliminares apontam para um subestima dos run-up consequência da parametrização do modelo e das características da batimetria considerada.

This work aims to determine the exploitable wave energy resource at six potential sites, located in the Azores, Madeira and Sines. For that purpose, the third-generation wave model SWAN is used to estimate the sea-wave conditions over the last 40 years. Boundary conditions of the sea states and wind fields are provided by the climate reanalysis datasets ERA5. Using those results as inputs to the SWAN model, the sea-states were propagated shoreward, in order to estimate and analyse the wave conditions in the regions of interest. By combining the average energy flux per unit-length of wave front and the probability of occurrence of each sea state, the average exploitable annual energy per unit length of wave crest can be computed. The variability of this energy flux is analysed since it is of fundamental importance for the efficiency of the Wave Energy Converters (WEC).

A avaliação do espraiamento e do galgamento em estruturas de proteção costeira e portuária é fundamental para o projeto de novas estruturas e na verificação da segurança de estruturas já existentes. A sua determinação tem como objetivos principais a definição da cota de coroamento da estrutura e o estabelecimento das condições de serviço dessa estrutura. Uma das metodologias mais utilizadas para a avaliação do espraiamento e do galgamento em estruturas marítimas é a modelação física. Nessa metodologia, são várias as técnicas que podem ser usadas para a avaliação desses fenómenos físicos. Neste âmbito, salientam-se o uso de sondas resistivas, de balança ou de imagens vídeo. Neste trabalho são apresentados os resultados de um estudo em modelo físico do espraiamento e galgamento da estrutura de proteção portuária do Porto da Ericeira para diferentes condições de agitação marítima. Comparam-se ainda várias técnicas de avaliação do espraiamento e do galgamento que foram utilizadas nesses ensaios em modelo físico para avaliar o seu desempenho.

Neste trabalho apresentam-se os resultados de simulações numéricas do comportamento de um navio ferry amarrado nos dois portos da ilha do Pico, São Roque e Madalena, durante a passagem recente de duas grandes tempestades, nomeadamente o furacão Lorenzo entre 2 e 5 de outubro de 2019 e a depressão Elsa entre 19 e 22 de dezembro de 2019. No âmbito do projeto ECOMARPORT encontra-se em desenvolvimento um sistema de alerta para os riscos de navios amarrados nos referidos portos. Este sistema permite prever com 72 horas de antecedência os efeitos da agitação marítima em navios amarrados, mais concretamente, os seus movimentos e forças no sistema e amarração. A comparação destes resultados com os limites de segurança e de operacionalidade do terminal portuário permite avaliar o risco e tomar medidas preventivas. Os resultados obtidos em cada um dos portos permite comparar a eficácia da amarração proposta.

Para caracterizar a resposta de um trecho do quebra-mar de taludes do porto da Ericeira à agitação marítima nele incidente, realizaram-se no canal de ondas irregulares do LNEC um conjunto de ensaios em modelo físico bidimensional (2D) desse mesmo trecho. Nesta comunicação descreve-se a instalação experimental, bem como a metodologia utilizada no levantamento da envolvente do quebra-mar com vista à caracterização da evolução do dano. Esta metodologia baseou-se na avaliação da erosão do manto resistente utilizando o sensor de posição Kinect na obtenção de modelos tridimensionais de superfície. Apresentam-se ainda, alguns resultados relativos aos danos ocorridos início e no final de uma das três séries de ensaios realizadas.

Esta comunicação apresenta uma análise dos coeficientes de segurança ao derrubamento e ao deslizamento na superestrutura do quebra-mar do Porto da Ericeira quando sujeito à acção de temporais, calculados com base nas forças obtidas por aplicação das fórmulas aplicáveis a este caso de estudo. Dada a previsão de subida do nível do mar na costa oeste portuguesa, é importante analisar a sua influência no agravamento das forças nas superestruturas destas estruturas e, consequentemente, na estabilidade da superestrutura. Para tal, foram calculadas as forças horizontais e verticais e respetivos coeficientes de segurança que se exercem na superestrutura do quebra-mar utilizando as condições de agitação no pé da estrutura obtidas de modelos de hindcast considerando os níveis de maré atuais e para uma projeção de subida do nível do mar de 5 mm/ano. A análise de resultados permitiu concluir que o efeito da subida do nível do mar reduz ligeiramente a segurança desta superestrutura para o cenário considerado, não sendo a alteração significativa.

Para caracterizar a resposta de um trecho do quebra-mar de taludes do porto da Ericeira à agitação marítima nele incidente, realizaram-se no canal de ondas irregulares do LNEC um conjunto de ensaios com um modelo reduzido desse mesmo trecho. Nesta comunicação descreve-se a instalação experimental, incluindo os diversos instrumentos utilizados para medir as séries temporais das várias grandezas de interesse e o programa de ensaios, apresentando-se as grandezas medidas num subconjunto dos ensaios considerado mais interessante. Nestas grandezas incluem-se a elevação da superfície livre associada à agitação incidente, o espraiamento ao longo do talude, o volume de água de água galgado, a pressão em vários pontos da superestrutura e a erosão do manto protetor.

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

Realização de ensaios em modelo físico reduzido 3D para a avaliação da estabilidade do quebra-mar destacado do Porto Inlgês, Maio, Cabo-Verde

N/A

Adverse sea conditions can cause emergency situations associated to wave overtopping, which endanger the safety of people and goods, with negative impacts for society, the economy and the environment. Therefore, a methodology to assess the overtopping risk in port and coastal areas is essential for a proper planning and management of these areas.The Portuguese National Laboratory for Civil Engineering (LNEC) has been developing the HIDRALERTA system, an integrated decision-support tool for port and coastal management, which focus in preventing and supporting the management of emergency situations and the long-term planning of interventions in the study areas. It enables the user to calculate the risk for various port and coastal activities, starting with the characterization of sea-waves, wind field and tide levels at the study regions.HIDRALERTA was already tested at different places in Portugal: Costa da Caparica beach, in Almada, and port of Praia da Vitória, in the Azores. However, in both cases, the evaluation of wave overtopping / flooding consequences was carried out using a quite simple approach. In fact, such consequences were assessed only at a global and qualitative level, based on information provided by the responsible authorities.This paper aims at testing a quantitative methodology to evaluate overtopping consequences: the Analytic Network Process (ANP). This methodology was proposed to solve complex decision-making problems and its objective is to calculate the priorities among decision elements which will define their final weights on the consequences. The ANP approach can produce interdependencies between criteria and compute the respective weight of each criterion. Such a network model with dependence and feedback improves the priorities derived from judgements and makes prediction more accurate. So, the ANP allows comparison among clusters of elements. Furthermore, in this methodology we take into account the impacts of alternatives on the importance of criteria, by normalizing the comparison matrix. Thus, the given alternatives can influence the ranking of criteria.Application of the ANP methodology to the case study of Praia da Vitória port is presented and a consequences level map is obtained.

Apresenta-se um novo sistema de alerta para navios amarrados em portos que se encontra em desenvolvimento no Laboratório Nacional de Engenharia Civil. O sistema SWAMS_ALERTA é um sistema de previsão e alerta baseado na avaliação do risco associado ao comportamento de navios amarrados em zonas portuárias.Os riscos associados a navios amarrados decorrem de movimentos excessivos, quer no plano horizontal, quer no plano vertical. Estes movimentos podem condicionar as atividades portuárias, nomeadamente cargas e descargas, mas em casos extremos podem levar à ocorrência de situações de emergência, tais como rotura de cabos, rotura de cabeços de amarração ou até colisões com o cais. As consequências deste tipo de situações envolvem sempre grandes prejuízos materiais e por vezes humanos.O sistema SWAMS_ALERTA utiliza as medições e previsões de agitação marítima para a determinação dos seus efeitos em termos de movimentos nos seis graus de liberdade e forças nas amarras e defensas quando o navio se encontra estacionado no cais. Para tal, o sistema recorre a uma série de modelos numéricos, interligados entre si. A comparação destes valores com valores máximos admissíveis pré-estabelecidos permite a avaliação, em tempo real, de situações de emergência e a emissão de alertas dirigidos às entidades portuárias.O sistema é constituído por 4 módulos:I

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A