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Optimizing wave overtopping energy converters by ANN modelling: evaluating the overtopping rate forecasting as the first step
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.
Ano: 2021
Número Páginas:
25p.
Autor(es): OLIVER, J.M.; ESTEBAN, M.D.; LÓPEZ-GUTIÉRREZ, J.S.; Negro, V.; Neves, M. G.
Revista: Journal Sustainability
Editor: MDPI
Volume:
Volume 13, Issue 3.
Keywords: Wave overtopping rate; Wave energy converters; Principal component analysis; Artificial neural network
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Prótotipo do To-Sealert para o Porto da Ericeira. To-SEAlert prototype for Ericeira harbour
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.
Ano: 2021
Número Páginas:
21-36pp.
Autor(es): Zózimo, A. C.; Fortes, C. J. E. M.; Pinheiro, L.; SMITHERS, N; Serrazina, V.; Reis, M. T. L. G. V.
Revista: Revista Recursos Hídricos
Editor: APRH
Volume:
Volume 41, Nº 2.
Keywords: Emergência; Previsão e alerta; HIDRALERTA; Galgamento; To-SEAlert; Ericeira
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Wave RUN-UP Measurements under very oblique wave incidence
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.
Ano: 2021
Número Páginas:
81-90pp.
Autor(es): Lemos, R.; PINA, V.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.; Reis, M. T. L. G. V.; Bornschein, A.
Revista: Revista Recursos Hídricos
Editor: APRH
Volume:
Vol. 42, N.º 1.
DOI:
10.5894/rh42n1-cti9
Keywords: RODbreak; Physical modelling; Oblique waves; Run-up; Rubble-mound breakwaters
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3D survey modelling for damage assessment in rubble-mound breakwaters under oblique wave incidence
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
Ano: 2020
Número Páginas:
73-85pp.
Autor(es): Lemos, R.; Peña, E.; Santos, J. A.; Sande, J.; Figuero, A.; Alvarellos, A.; Laiño, E.; Reis, M. T. L. G. V.; Fortes, C. J. E. M.; Kerpen, N.B.; Coelho, R.
Revista: Italian Journal of Engineering Geology and Environment
Editor: Sapienza Università Editrice
Volume:
1 (2020).
Keywords: Large scale experiments; Measuring techniques; Surveying; Stability; Coastal structure
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A methodology for the evaluation of evolution and risk of breakwaters. Application to Portimão harbor and of Faro-Olhão inlet
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.
Ano: 2020
Autor(es): Lemos, R.; Capitão, R.; Fortes, C. J. E. M.; Henriques, M. J.; Silva, L. G.; Martins, T.
Revista: Revista de Gestão Costeira Integrada
Editor: APRH
Volume:
20(2).
Keywords: Risk assessment; Harbour; Inlet; Breakwater
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A RANS-VoF numerical model to analyze the output power of an OWC-WEC equipped with wells and impulse turbines in a hypothetical sea-state
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
Ano: 2020
Número Páginas:
760-771pp.
Autor(es): Teixeira, P. R. F.; Gonçalves, R.; Didier, E.
Revista: Revista China Ocean Engineering
Editor: Springer-Verlag
Volume:
Volume 34 No. 6.
Keywords: Compressible air; RANS
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Ensaios de agitação no porto de Leixões em cenário de alteração climática
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.
Ano: 2020
Número Páginas:
29-40pp.
Autor(es): Silva, M.; Fortes, C. J. E. M.; Lemos, R.; Neves, M. G.; Caeiro, C.
Revista: Revista Recursos Hidricos
Editor: APRH
Volume:
Volume 41, Nº 1.
Keywords: Alteração climática; Porto de Leixões; Agitação
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Experiences with SWASH on modelling wave propagation over vegetation: comparisons with lab and field data
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.
Ano: 2020
Número Páginas:
145-150pp.
Autor(es): Reis, R.; Pires Silva, A.; Fortes, C. J. E. M.; Suzuki , T.
Revista: Revista de Gestão Costeira Integrada
Editor: APRH
Volume:
20(2).
Keywords: Model-data comparisons; Wave dissipation; SWASH model; Vegetation; Wave propagation
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Experimental investigation of the flow field in the vicinity of an oscillating wave surge converter
The main objective of this paper is to characterize the flow field on the front face of an oscillating wave surge converter (OWSC) under a regular wave. For this purpose, the longitudinal and vertical velocity components were measured using an Ultrasonic velocity Profiler (UVP). In order to explain the main trends of the OWSC
Ano: 2020
Número Páginas:
18p.
Autor(es): Brito, M.; Ferreira, R. L.; Teixeira, L; Neves, M. G.; GIL, L.
Revista: Journal of Marine Science and Engineering
Editor: MDPI
Volume:
8(12), 976.
Keywords: Wave-structure interaction; Velocity field; Oscillating wave surge converter (OWSC); Experimental investigation; Wave energy
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Extensão do molhe norte do Porto de Leixões: modelação física de um navio amarrado no posto A
O Porto de Leixões, localizado na costa norte de Portugal, é um dos maiores do país, recebendo diariamentevários navios de grandes dimensões. Um dos principais postos de acostagem situa-se à entrada do porto e encontra-se sujeito à agitação marítima que é difratada pelo olhe principal de proteção do porto. Para avaliar dos movimentos induzidos no navio estacionado nesse posto de acostagem e as forças exercidas nas suas amarras e defensas pela agitação incidente, utilizou-se o modelo físico de Leixões, construído num dos tanques do LNEC. Neste modelo físico, encontra-se representada a envolvente do porto de Leixões, assim como a sua batimetria. O modelo do navio
Ano: 2020
Número Páginas:
17-28pp.
Autor(es): Pinheiro, L.; Pedro, F.; Abdelwahab, H.S.; Fortes, C. J. E. M.; Santos, J. A.; Capitão, R.
Revista: Revista Recursos Hidricos
Editor: APRH
Volume:
Volume 41, Nº 1.
Keywords: Motions measurement; Constitutive relations; Moored ship; Scale model
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Analytical and numerical modelling of wave dissipation over rigid and flexible vegetation in a flume: Drag coefficient calibration
Coastal vegetation can contribute to protect the coasts from sea wave action, as controlling local biology and morphodynamics. A common way to estimate the wave energy dissipation over vegetation is to use the Mendez and Losada (2004) analytical formulation in combination with the calibrated bulk drag coefficient parameter (CD). However, an excessive range of CD values is found in the literature related to same Reynolds (Re) or Keulegan-Carpenter (KC) numbers. This may be due to a lack of universality of the empirical equations proposed and/or limitations of the analytical model. The numerical model SWASH (Zijlema et al., 2011) characterises wave dissipation over vegetation fields (Suzuki et al., 2019, 2022; Reis et al., 2020) considering the influence of the drag, inertia, and porous effects on cylindrical structures. Potentially, SWASH offers enhanced capacities to describe the physical processes involved and to calibrate associated CD values. Wave dissipation over vegetation data was collected by performing laboratory flume experiments, enabling an ideal control of the study conditions. The analytical formulation and the SWASH numerical model are applied to estimate the wave dissipation obtained in the experiments, through the calibration of the CD.The objective of this study is to investigate: i) how the analytical and SWASH models can represent the experimental wave dissipation, and ii) the calibrated CD values obtained from each modelling approach.
Ano: 2024
Autor(es): Reis, R.; Fortes, C. J. E. M.; Suzuki, T.
Editor: IARH
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Exploring Wave-Vegetation Interaction At Blade Scale: A Comprehensive Analysis Of A Flexible Cylinder Through Experimental Data And A Direct Numerical Simulation
Aquatic vegetation in the littoral zone, particularly seagrass, is gaining increasing recognition for its net positive impact on the hosting environment. This recognition is rooted in its capacity to absorb wave energy, regulate water flow, and manage nutrient levels, sedimentation and accretion. Thus, there is a growing interest in integrating seagrass as a key component of a comprehensive climate-conscious strategy (Ondiviela et al., 2014). An effective approach to quantify the positive potential of seagrasses in altering coastal wave dynamics is by using numerical models. These numerical models operate at various spatio- temporal scales, ranging from large domains and multiple years to just a few regular waves in high resolution CFD numerical simulations. Zeller et al. (2014) classified these models, operating at different scales into three categories, each addressing the wave-vegetation interaction at a distinct scale: (1) blade scale, (2) meadow scale, and (3) ecosystem scale. The aim of the present study is to investigate the interaction between waves and vegetation at the blade scale. The primary objectives are two: first, to introduce a direct numerical technique that involves a two-way coupling between a fluid solver and a structural solver, and second, to present novel experimental data for a single flexible cylinder (Reis, 2022) serving as validation for the present (and future) numerical model(s).
Ano: 2024
Autor(es): El Rahi, J.; Reis, R.; Martinez, E.; Tagliafierro, B.; Dominguez, J.M.; Crespo, A.J.C.; Stratigaki, V.; Suzuki, T.; Troch, P.
Editor: CoastLab24
Keywords: DualSPHysics; Direct numerical modell; Flexible vegetation; Wave-vegetation interaction
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Análise vídeo para a determinação do espraiamento e do galgamento em modelos físicos de quebra-mares
O objetivo do presente trabalho foi avaliar o desempenho da metodologia de análise de vídeo Timestack na estimativa do espraiamento e na identificação de eventos de galgamento em modelos físicos de quebra-mares de talude com manto resistente composto por cubos Antifer.No primeiro caso, foi avaliado o espraiamento num modelo físico tridimensional do quebra-mar de taludes, para condições de agitação com incidência frontal e oblíqua relativamente ao talude. No segundo caso, identificaram-se os eventos de galgamento considerando ensaios realizados num modelo físico bidimensional do quebra-mar de taludes. Todos os casos de teste realizados mostraram resultados muito satisfatórios, evidenciando a versatilidade da técnica.
Ano: 2023
Número Páginas:
4p..
Autor(es): Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; Mendonça, A.C.; Andriolo, U.
Editor: PIANC
Keywords: Galgamento; Espraiamento; Análise de video; Timestack
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Analysis of run-up and overtopping in coastal protection structures: video-monitoring techniques
Marginal protection structures or adherent longitudinal defenses, whose main function is to mitigate overtopping, are structures parallel to the coast. They are intended to serve as protection and shelter against flooding, due to overtopping, dissipating wave energy in their interaction with the structure, and in areas strongly affected by coastal erosion, minimizing the risk of damage to roads, walkways or buildings in the proximity.The evaluation of run-up and overtopping in marginal protection structures is determined according to the conditions of incident sea agitation and the characteristics of the structure, being fundamental for the design of new structures and in the verification of the safety of existing structures.
Ano: 2023
Autor(es): Mendonça, A.C.; Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; MARTINS, R.; Ferrão, R.; Jónatas, R.
Editor: IAHR
Keywords: Overtopping; Run-up; Marginal protection
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Aplicação do Safeport no porto de Sines durante a tempestade Dora
O SAFEPORT é um sistema de previsão e alerta de perigos associados a navegação dentro do Porto de Sines. Este documento apresenta uma aplicação deste sistema, mais especificamente, descreve a modelação numérica que permitiu simular o comportamento de três navios amarrados em três terminais do Porto de Sines, sob as condições de agitção marítima causadas pela tempestade Dora. Os alertas emitidos aos movimentos dos navios e às forças exercidas nos seus cabos de amarração permitiram concluir que o sistema SAFEPORT é capaz de prever e emitir alertas em situações potencialmente perigosas.
Ano: 2023
Número Páginas:
208-210pp.
Autor(es): Gomes, A.; Pinheiro, L.; Fortes, C. J. E. M.; Santos, J. A.; Guedes Soares, C.
Editor: APRH
Keywords: Tempestade Dora; Navios amarrados; SAFEPORT; Propagação de ondas; Modelos numéricos
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Assessment of 3D reconstruction techniques in physical models
Damage progression in wave-exposed physical models of rubble-mound breakwaters can be assessed using two methods: traditional quantification of armor element movements or newer approaches involving non-intrusive surveys, utilizing photogrammetry, RGB sensors, Time of Flight depth sensors, and LiDAR laser scanning sensors to determine eroded volumes and depths between consecutive armor layer surveys. These techniques allow for the creation of three-dimensional surface models with varying accuracy, depending on survey conditions and post-processing methodologies. The performance, suitability, and usability of these techniques in assessing damage progression are comparatively evaluated. Furthermore, the advantages and disadvantages of each technique are identified, and a sensitivity analysis is presented for each one.
Ano: 2023
Número Páginas:
70-70pp.
Autor(es): Capitão, R.; Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; Jónatas, R.
Editor: Yildiz Technical University
Keywords: Damage quantification; 3D reconstruction; Surveys; Physical modeling
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Avaliação da estabilidade do quebra-mar destacado do Porto Inglês
No âmbito do projeto das obras de expansão e requali
Ano: 2023
Número Páginas:
245-247pp..
Autor(es): Soares, R. E.; Fortes, C. J. E. M.; Lemos, R.; Costa, C.E.B.C.; Silva, L. G.; Pinheiro, L.; Neves, M. G.
Editor: APRH
Keywords: Accropodes II; Dano; Agitação
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Avaliação de desempenho de técnicas de reconstituição 3D aplicadas a modelos físicos de quebra-mares
A avaliação da evolução dos danos causados pela agitação incidente em modelos físicos de quebra-mares de taludes pode ser efetuada através da quantificação de movimentos e quedas dos elementos do manto resistente (métodos tradicionais), ou pela determinação de volumes e profundidades erodidas entre levantamentos consecutivos dos respetivos taludes (métodos mais atuais). Para se efetuarem esses levantamentos dos taludes, podem aplicar-se técnicas fotogramétricas com sensores RGB, sensores de profundidade baseados na metodologia ToF (Time of Flight) e sensores de laser LiDAR (Light Detection And Ranging).No presente trabalho, aplicam-se essas técnicas ao modelo físico do quebra-mar do porto da Ericeira, que está presentemente a ser ensaiado no LNEC, e avalia-se, comparativamente, o respetivo desempenho, adequabilidade e usabilidade na determinação da evolução dos danos, identificando vantagens e desvantagens de cada uma destas técnicas.
Ano: 2023
Número Páginas:
4p..
Autor(es): Capitão, R.; Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; Jónatas, R.
Editor: PIANC
Keywords: Quantificação de danos; Reconstituição 3D; Levantamentos; Modelação física
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Cálculo do galgamento na praia da Vagueira utilizando o modelo SWASH
A praia da Vagueira está localizada no Município de Vagos, distrito de Aveiro e é protegida por uma estrutura de defesa frontal aderente que foi requali
Ano: 2023
Número Páginas:
222-224pp..
Autor(es): CORREIA, J.; Neves, M. G.; Zózimo, A. C.; ROSA, G.
Editor: APRH
Keywords: Barra-fossa; Modelo numérico; Espraiamento
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Evolução do dano do manto protetor do quebra-mar de talude do porto da Ericeira: análise probabilística
O projeto
Ano: 2023
Número Páginas:
321-323pp..
Autor(es): Mendonça, A.C.; MACHADO, B.; Reis, M. T. L. G. V.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.; Lopes, N.D.J.; Prior A.F.M.S.P.
Editor: APRH
Keywords: Modelo de previsão da evolução do dano; Latin Hypercube Sampling; Métodos estatísticos; Estabilidade de mantos; BASAFE4SEA
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Capítulos de Livros
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Multi-functional artificial reefs for coastal protection
N/A
Ano: 2009
Número Páginas:
153-210 pp.
Autor(es): Voorde, M.; Antunes do Carmo, J.; Neves, M. G.
Editor: Ch. A. Hudspeth, T. E. Reeve
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Teses de Doutoramento
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Physical and Numerical Modelling of Wave Propagation Over Vegetation
Os efeitos das alterações climáticas aumentaram a necessidade de investigar a capacidade da vegetação em atenuar a força das ondas, nas zonas costeiras. Apoiando-se em modelação física, analítica e numérica da propagação de ondas sobre vegetação, este estudo teve como objetivos: i) analisar a diferença na dissipação de ondas sobre campos de vegetação rígida e flexível, ii) caracterizar o movimento de vegetação flexível, iii) estimar o coeficiente de arrasto de vegetação rígida e vegetação flexível, e iv) analisar a influência da flexibilidade (movimentoda vegetação) e da força de inércia no coeficiente de arrasto.
Ano: 2022
Autor(es): Reis, R.
Editor: IST
Keywords: Propagação/Dissipação de ondas; Análise de imagem; Movimento da vegetação; Coeficiente de arrasto; Vegetação flexível
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Modelação numérica da propagação de ondas e do comportamento de navios amarrados no interior de portos
Na presente dissertação, desenvolveu-se uma metodologia para caracterização do movimento de um navio amarrado no interior de portos na presença de um campo de ondas. Esta metodologia consiste em utilizar vários modelos numéricos para caracterizar convenientemente: a) a propagação das ondas desde o largo até ao local de acostagem; b) a modificação das características das ondas no interior do porto; c) a ação das ondas sobre o navio; d) a resposta do navio; e) as forças resultantes no sistema de marração. Os modelos utilizados são:· SWAN: modelo não linear espectral para simular a propagação de ondas em zonas costeiras extensas;· DREAMS: modelo linear para simular a propagação de ondas em zonas costeiras abrigadas;· BOUSS-WMH: modelo não linear para simular a propagação de ondas regulares e irregulares em zonas costeiras abrigadas;· GMALHA: gerador de malhas de elementos finitos triangulares;· WAMIT®: que resolve, no domínio da frequência, os problemas de radiação e de difração na interação de um corpo flutuante livre com as ondas;· NPP: gerador de painéis planos sobre o casco do navio;· HYDRO: que transforma os resultados da interação do corpo flutuante livre com as ondas do domínio da frequência para o domínio do tempo;· BAS: que resolve as equações de movimento de um navio amarrado.O desempenho do modelo BOUSS-WMH, em situações de grande não linearidade, foi analisado através da simulação de quatro casos de teste também simulados em laboratório. O BOUSS-WMH provou ser um modelo robusto capaz de representar a deformação da superfície livre de forma adequada, embora, em zonas com forte não linearidade, tenha apresentado algumas limitações, nomeadamente na formaçãode harmónicas de ordem superior à terceira. Verificou-se que os resultados numéricos tendiam a sobrestimar os valores da altura de onda em zonas pouco profundas.Para minorar estas limitações e tornar o modelo mais robusto, fiável e adequado para ser aplicado em casos reais, foram adicionados e implementados novos termos às equações do modelo BOUSS-WMH, nomeadamente, a reflexão parcial, o atrito de fundo e a rebentação (fenómenos físicos inerentes às águas pouco profundas e zonas confinadas).A reflexão parcial foi implementada a partir da adição de um termo de viscosidade na equação de conservação da quantidade de movimento. O modelo com reflexão parcial foi aplicado a dois casos de teste, sendo um deles um caso real (Porto de Vila do Porto, ilha de Santa Maria, Açores), e os resultados foram comparados com medições em ensaios em modelo físico. Verificou-se que a implementação da reflexão parcial diminui em 44% o erro médio quadrático face à simulação com fronteiras totalmente refletoras.O atrito de fundo foi implementado a partir da adição de um termo representativo da tensão tangencial de fundo à equação de conservação da quantidade de movimento. O modelo com atrito de fundo foi aplicado a dois casos de teste, sendo um deles um caso real (Praia de Faro). Verificou-se que a introdução do atrito de fundo dissipa energia como pretendido e reduz as instabilidades numéricas.A rebentação foi implementada com a introdução de um termo de viscosidade turbulenta. Dois critérios distintos foram introduzidos para definir o início e o final da rebentação: a) FSA, baseado na aceleração da elevação da superfície livre; b) RTFN, baseado no número Froude relativo da cava. O modelo com rebentação foi aplicado a três casos de teste estudados em laboratório. A comparação dos resultados do modelo com as medições dos ensaios físicos permite dizer que, de um modo geral, o modelo numérico simula muito bem a localização da rebentação, bem como a dissipação de energia a ela associada. O critério de rebentação baseado no método de RTFN tende a sobrestimar a altura das ondas, mas apresenta índices de concordância maiores do que os obtidos com o critério FSA. A vantagem deste método reside no menor número de parâmetros a calibrar. Os resultados alcançados foram muito bons, dada a complexidade do fenómeno de rebentação das ondas e a simplicidade dos termos utilizados na sua modelação.O gerador GMALHA também foi alvo de melhoramentos nos algoritmos de geração, de forma a possibilitar a existência de ilhas no interior do domínio de cálculo.O modelo numérico WAMIT® foi desenvolvido para aplicações em mar aberto sem muitas estruturas refletoras próximas do navio. Todas as estruturas devem ser discretizadas, o que aumenta exponencialmente o esforço computacional exigido, e são obrigatoriamente totalmente reflectoras. Ora esta é uma limitação importante quando se está no interior de um porto, primeiro devido às dimensões e depois devido às fronteiras parcialmente refletoras. Assim, o modelo WAMIT® foi modificado de modo a incluir as características das ondas modeladas previamente com um dos modelos de propagação. Foram desenvolvidas duas novas rotinas HASK_D e HASK_B, respetivamente para o modelo linear DREAMS e para o modelo não linear BOUSS-WMH. Estas rotinas e as modificações ao modelo WAMIT® foram validadas com a aplicação a casos simples onde o modelo WAMIT® original também podia ser aplicado. A presença de um campo de ondas difratadas pela presença de uma estrutura fixa foi simulada com sucesso. Existem diferenças pouco significativas, principalmente nas altas frequências. Uma explicação para estas diferenças relaciona-se com o facto de que as ondas com períodos baixos apresentam maiores instabilidades numéricas à medida que diminui o número de pontos por comprimento de onda na malha de elementos finitos.Com o intuito de facilitar o tratamento da informação, que, num estudo deste género, tem um volume e complexidade consideráveis, foram desenvolvidas interfaces para cada um dos modelos e estes foram acoplados numa ferramenta integrada
Ano: 2015
Autor(es): Pinheiro, L.
Keywords: Elementos finitos; Navios amarrados; Propagação de ondas; SWAMS; Forças de difração; Modelos numéricos; Portos
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Modelação Numérica da Rebentação das Ondas. Sistema Integrado de Modelação da Agitação Marítima
Esta dissertação divide-se em duas partes principais, uma dedicada ao desenvolvimento e validação de um novo modelo numérico para a propagação de ondas fracamente não lineares com a inclusão da dissipação de energia por rebentação, e uma dedicada ao desenvolvimento de um sistema integrado de modelação da agitação marítima em zonas costeiras e portuárias, GUIOMAR, para a utilização simplificada de modelos de propagação de ondas e para o apoio à tomada de decisão em estudos de engenharia costeira (quer correntes, quer situações de emergência).Na primeira parte, as equações de Beji e Nadaoka (1997a,b), são extendidas de forma a incluírem dissipação de energia por rebentação, através da consideração das tensões de Reynolds na equação da conservação da quantidade de movimento e da dedução de uma formulação alternativa da equação não linear de declive suave dependente do tempo. O modelo desenvolvido neste trabalho é aplicado a três testes de ensaios em modelo físico, que abrangem praias de declive constante e um perfil barra-fossa. Os testes efectuados permitiram seleccionar o critério de rebentação e definir regras para a determinação dos valores para as condições críticas de início e de fim da rebentação, calibrar o valor a atribuir ao parâmetro dos termos dissipativos e estabelecer regras para a sua definição, assim como para avaliar o desempenho do modelo. Foram obtidos bons resultados, embora o empolamento da onda tenha sido subestimado. Verificou-se uma estreita relação entre o valor a utilizar para a condição crítica de início da rebentação e a declividade da onda à entrada do domínio de cálculo, e entre o valor óptimo para o parâmetro dos termos dissipativos e o número de Ursell à entrada do domínio.Na segunda parte, apresenta-se a estrutura do sistema GUIOMAR, assim como as interfaces suas constituintes. O sistema GUIOMAR permite a utilização simplificada de modelos de agitação marítima, incluindo a construção, manipulação e visualização de dados e resultados. Estes factores contribuem para a sua afirmação como uma ferramenta de apoio à tomada de decisão em estudos de engenharia costeira e portuária. Foca-se também a avaliação das variabilidades de origem geográfica nos resultados dos modelos, nomeadamente as associadas à escala e resolução dos dados batimétricos utilizados, aos métodos de interpolação mais comuns e à subjectividade inerente à definição das linhas de costa. Da análise do comportamento dos modelos de agitação marítima constatou-se a necessidade de ter em atenção no respectivo estudo, aos dados de batimetria utilizados e às interpolações a que se recorre. São delineadas sugestões/recomendações para um futuro utilizador do sistema GUIOMAR aquando da utilização de métodos de interpolação.
Ano: 2010
Autor(es): Zózimo, A. C.
Keywords: Zonas portuárias e costeiras; Variabilidades de origem geográfica; Sistema integrado; Sistema de informação geográfica; Modelação numérica da rebentação das ondas; Equação não linear de declive suave dependente do tempo
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Contribution to the design of Multi-Functional Artificial Reefs
Portugal is one of many countries in the world that suffers from coastal erosion.Conventional ways of protecting a coastline appear to entail some disadvantages. Aninnovative and interesting way of protecting a local coastal zone by means of multifunctionalartificial reefs avoids some of them. A multi-functional artificial reef is asubmerged breakwater which, besides the helping to protect the local coastline, canoffer other purposes; in particular, it may enhance the surfing possibilities and theenvironmental value of the local area. The structure has several positive side-effects:first, it provides an unimpaired visual amenity; second, it offers tourist and economicbenefits by improving the surfing conditions; third, it can enhance the environmentalvalue of the area where it is built, and fourth, with a proper design the down drifterosion can be minimal.An optimal reef design for the Leirosa beach, located to the south of Figueira da Foz,midway along the Portuguese West Atlantic coast, is investigated. In order to achievethis optimal design several steps were conducted. A preliminary design, as a result of atheoretical study, achieved step by step, is proposed for a multi-functional artificial reefmaking use of the theory and of the state of the art. The proposed reef geometry is usedas initial design in the numerical and physical tests, which were executed to analyze thecapacity of a multi-functional reef breakwater to protect the local coastline of Leirosa,Portugal, and to increase the local surfing possibilities. Further, a physical and anumerical 2DV study have been executed to get insight in the influence of the length ofthe reef and in the submergence on the Iribarren number, which is an indication for thebreaker type. In this study, also the optimum height for the reef has been defined.Subsequently, in order to be able to investigate the three design parameters: the reefangle, the geometry of the reef (with or without a platform) and the horizontaldimensions in 2DH for the optimal geometry, the Boussinesq-type COULWAVE modelwas validated; finally, a 2DH numerical study has been conducted with COULWAVEto define the best values for these parameters.In terms of surfability, and for the conditions of the local coastline of Leirosa, thefollowing values for the main parameters were found: a reef angle of 66°, a structureheight of 3.20 m, a reef geometry composed by a delta without platform, a reefsubmergence of 1.50 m and a structure seaward slope of 1:10.The calibration of the numerical model COULWAVE has shown that it can be usedvery well to simulate the hydrodynamics around an MFAR. However, improvementsare recommended on the actual version of COULWAVE. These improvements includemainly the introduction of bottom porous structures. Even though the mean velocityfields give an indication about the sediment transport, they are not sufficient to get a deep insight about the influence of an MFAR on the morphology around the structure.For a proper design of the reef, particularly for the protection of a local coastline, amorphological study has to be executed. / Portugal é um dos muitos países no mundo que sofre os efeitos adversos da erosãocosteira. É sabido que as formas convencionais de protecção costeira apresentamalgumas desvantagens. Uma forma particularmente interessante de proteger oucontribuir para a protecção local de um troço da zona costeira, minimizando algumasdas desvantagens das estruturas tradicionais, é através da construção de recifesartificiais multi-funcionais. Um recife artificial multi-funcional é um quebra-marsubmerso construído com objectivos de ajudar a proteger localmente a zona costeira eoferecer outras valências, nomeadamente, aumentar as possibilidades locais para aprática de surf e contribuir para a valorização ambiental da região.Um recife artificial com estas características apresenta diversos aspectos positivos. Comefeito, esta estrutura: (1) não tem qualquer impacto visual negativo; (2) oferece osbenefícios económicos resultantes da atracção turística, ao melhorar as condições locaispara práticas de surf e/ou outros desportos náuticos (mergulho e pesca); (3) permiteaumentar o valor ambiental da região, e (4) com um projecto adequado permite reduzirao mínimo os efeitos adversos da erosão local ou prolongar mesmo a praia por efeito detômbolo.Neste trabalho são investigados os parâmetros característicos de um recife artificialmulti-funcional, tendo como caso de estudo um troço da zona costeira da Leirosa,situado a cerca de 15 km a sul da Figueira da Foz, Portugal. Para obter as característicasóptimas da estrutura a construir foram realizados vários estudos ao longo de diversasetapas. Como resultado do estado da arte e de um estudo teórico, realizado passo apasso, é proposta uma geometria preliminar de recife artificial multi-funcional. Estageometria preliminar do recife é em seguida utilizada como projecto inicial de diversostestes em modelo numérico e em modelo físico para analisar a sua capacidade naprotecção da praia e do cordão dunar da Leirosa e, em simultâneo, analisar aspossibilidades locais para a prática de surf.Além dos testes realizados em modelo físico, foi efectuado um estudo numéricoutilizando o modelo 2DV COBRAS-UC para obter informações sobre a influência docomprimento do recife e da submersão do mesmo no número Iribarren, sendo este umparâmetro que fornece uma boa indicação do tipo de rebentação a esperar. Neste estudofoi igualmente investigada a altura ideal para o recife. Posteriormente, procedeu-se àvalidação de um modelo numérico 2DH do tipo Boussinesq, o modelo COULWAVE,tendo como objectivo analisar a influência de três parâmetros de projecto com particulardesenvolvimento no plano horizontal: o ângulo do recife, a geometria do recife (com ousem plataforma) e as suas dimensões horizontais. Uma vez validado, foi este modelo numérico utilizado para analisar a influência daqueles parâmetros e identificar os seusvalores mais adequados para a definição de uma geometria optimizada do recife.Em termos de características para a prática de surf, e para as condições locais do litoralda Leirosa, foram identificados os seguintes valores para os principais parâmetros: umaestrutura de recife com ângulo de 66º, altura de 3.20 m e uma geometria composta porum delta sem plataforma, uma submersão do recife de 1.50 m e um declive de barlamarda estrutura de 1:10.A calibração do modelo numérico COULWAVE mostrou que este pode ser usado comsucesso para simular a hidrodinâmica em torno de um recife artificial multi-funcional.No entanto, recomendam-se melhorias na actual versão deste modelo. Tais melhoriasincluem principalmente a possibilidade de modelação com fundos porosos. Embora oscampos da velocidade média forneçam uma primeira indicação sobre o transporte desedimentos, esta informação não é por si só suficientemente profunda para obterconclusões definitivas quanto à influência de uma estrutura com estas característicassobre a morfologia local. Para uma concepção mais adequada da estrutura final dorecife, em particular para efeitos de protecção costeira, deverá ser elaborado um estudomorfodinâmico.
Ano: 2009
Autor(es): Voorde, M.
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Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos. Teses e programas de investigação do LNEC
N/A
Ano: 2003
Número Páginas:
400 p.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
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Modelação Estocástica Numérica e Física da Agitação Marítima
N/A
Ano: 2002
Número Páginas:
434 p.
Autor(es): Capitão, R.
Editor: ******
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Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
N/A
Ano: 2002
Número Páginas:
400 p.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Modelação Estocástica Numérica e Física da Agitação Marítima
N/A
Ano: 2001
Número Páginas:
434 p.
Autor(es): Capitão, R.
Editor: ******
Info
Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
N/A
Ano: 2001
Número Páginas:
400 p.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Interacción de ondas y grupos de ondas con estructuras de protección de costas
N/A
Ano: 1999
Número Páginas:
257 p.
Autor(es): Neves, M. G.
Editor: ******
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Relatórios
Info
ANÁLISE TEMPORAL DE REGISTOS DA ELEVAÇÃO DA SUPERFÍCIE LIVRE E DE VELOCIDADE EM ENSAIOS EXPERIMENTAIS
N/A
Ano: 2014
Número Páginas:
107p.
Autor(es): Ramos, A.; Gabriel. S.; Simão, J.; Passarinho, A.; Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.
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RADE
N/A
Ano: 2014
Número Páginas:
56p.
Autor(es): Passarinho, A.; Ramos, A.; Simão, J.; Lemos, R.; Capitão, R.; Fortes, C. J. E. M.
Info
Relatório do levantamento de perfis morfológicos do sistema praia-duna da Costa da Caparica, entre Cova do Vapor e Ribeira Foz do Rego 29 e 30 de abril de 2014
N/A
Ano: 2014
Número Páginas:
78p.
Autor(es): Poseiro, P.; Capitão, R.; Fortes, C. J. E. M.; Silva, S.; Ferreira, J.
Info
Relatório do Trabalho Realizado pelo Bolseiro Pedro Poseiro (Janeiro 2013
N/A
Ano: 2014
Número Páginas:
6p.
Autor(es): Poseiro, P.
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Relatório do Trabalho Realizado pelo Bolseiro Rui Reis (Setembro 2012
N/A
Ano: 2014
Número Páginas:
7p.
Autor(es): Reis, R.
Info
Adaptações para Reforçar a Estabilidade de Emissários Submarinos em Terrenos Lodosos
N/A
Ano: 2013
Número Páginas:
61p.
Autor(es): Afonso, C.; Neves, M. G.; Reis, M. T.; Oliveira, J.
Info
Aplicação do modelo SWAN na caracterização da agitação marítima: Praia da Galé
N/A
Ano: 2013
Número Páginas:
66p.
Autor(es): Reis, R.; Fortes, C. J. E. M.
Info
Caracterização das condições de dinâmica costeira e avaliação dos impactes da construção da Marina Luanda - Estudo III: Análise das condições de agitação marítima no interior da marina e análise da es
N/A
Ano: 2013
Número Páginas:
160pp.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.; Reis, M. T.; Silva, L. G.; Pinheiro, L.
Editor: LNEC
Info
MODELAÇÃO COMPUTACIONAL EM MATLAB. DOS FUNDAMENTOS ÀS APLICAÇÕES
N/A
Ano: 2013
Número Páginas:
39p.
Autor(es): Lemos, R.
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Outros
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Relato da missão a Bruxelas (28 a 30 de Outubro de 1998) para participação na 10ª Reunião da Acção Concertada Added Value Services in VTMIS do Programa Comunitário de I&D TRANSPORTS . Relatório efe
N/A
Ano: 1998
Número Páginas:
3 p.
Autor(es): Covas, J. A.
Editor: ******
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Short-term stochastic numerical and physical simulation of sea waves - Proposta de Projecto de Investigação apresentada ao Programa PRAXIS XXI, na área científica de Engenharia Civil
N/A
Ano: 1998
Número Páginas:
53 p.
Autor(es): Capitão, R.; Pires Silva, A.; Medina, J. R.; Carvalho, M. M.
Editor: ******
Info
Transformações Não-Lineares de Ondas Marítimas em Zonas Costeiras - Proposta de Projecto de Investigação apresentada ao Programa PRAXIS XXI , na área científica de Engenharia Civil
N/A
Ano: 1998
Número Páginas:
50 p.
Autor(es): Covas, J. A.; Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
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V Programa Quadro da União Europeia. Preparação da discussão dos Programas Específicos. Documento de trabalho da Comissão (COM (97) 553 Final). Grupo de Trabalho 6 Sustainable Mobility and Intermod
N/A
Ano: 1998
Número Páginas:
2 p.
Autor(es): Covas, J. A.
Editor: ******
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Valores extremos da agitação marítima no Algarve - Proposta de Projecto de Investigação apresentado ao Programa de Intervenção nos Laboratórios do Estado (MCT-FCT), sub-projecto Valorização e Protec
N/A
Ano: 1998
Número Páginas:
11 p.
Autor(es): Carvalho, M. M.; Capitão, R.
Editor: ******
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