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Analysis of forces on a submarine outfall by a RANS-VoF numerical wave tank
Knowledge of forces due to the action of waves on submarine outfalls composed by a pipe and stabilizing concrete weights, considering the wave propagation direction to the outfalls, is essential to their design. 3D numerical models based on RANS-VoF (Reynolds-Average-Navier-Stokes Volume-of-Fluid) are able to estimate forces on the pipe and weights. The present study aims to simulate a submarine outfall with stabilizing concrete weights at 1:15 scale which was previously tested in the 3D Shallow Water Basin at the Danish Hydraulics Institute (DHI) to analyse the influence of the direction of the incident wave and the distance from the pipe to the bottom on the outfall forces. In this study, numerical results are compared with experimental ones for waves with four different amplitudes and with wave incidence perpendicular to the outfall. The use of k-
Year: 2019
Number Pages:
50-59pp.
Author(s): Didier, E.; Neves, M. G.; Teixeira, P.
: Defect and Diffusion Forum
Editor: Trans Tech Publications Ltd, Switzerland
Volume:
Vol. 396.
Keywords: Numerical wave tank; RANS-VoF; Forces; Submarine outfalls
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Damage progression in rubble-mound breakwaters scale model tests, under a climate change storm sequence
This paper describes the two-dimensional (2D) physical model tests of a rock armor breakwater, performed at LNEC´s experimental facilities, under the framework of the HYDRALAB+ project. The aim of the present work was to evaluate damage evolution under future climate change scenarios, by using different damage evaluation techniques. The tested wave conditions simulated a storm sequence where two water levels (low water and high water) were considered, as well as an increase of the wave height. The water levels and the wave heights were chosen to simulate extreme events forecasted on climate change scenarios. Damage evaluation was based on the traditional counting method and on stereo-photogrammetric techniques. Test results are presented in terms of the damage parameter S and in terms of the percentage of removed armor units. The analysis is focused on the damage progression during the scale model tests, for the imposed storm sequence. The damage presents an oscillating behavior with two main damage areas corresponding to the active zones for each level, due to the variation of the water level between low-water and high-water. This behavior differs significantly from that found for the common storm sequences usually tested, where the water level does not change. Both measuring techniques lead to an intermediate damage of the cross-section breakwater. However, the damage parameter assessment with the stereo-photogrammetric technique allows a more versatile evaluation, since it is possible to characterize damage in representative zones of the cross-section
Year: 2019
Author(s): Fortes, C. J. E. M.; Lemos, R.; Mendonça, A. C.; Reis, M. T. L. G. V.
: Journal of Research on Engineering Structures and Materials (RESM)
Editor: MIM Research Group
Volume:
Vol. 5 Iss. 4.
Keywords: Stereo-photogrammetric techniques; Climate change; Rubble-mound breakwaters; Damage progression
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Experimental investigation on the power capture of an oscillating wave surge converter in unidirectional waves
The aim of this paper is the experimental characterization of the capture width ratio (CWR) and response amplitude operator (RAO) of a 1:10 physical model of an oscillating wave surge converter (OWSC), under unidirectional regular and irregular waves. The effects of hydraulic power take-off (PTO) system are explicitly taken in consideration. A mathematical model is proposed to describe the PTO damping as a function of the angular velocity of the flap. The harmonic decomposition of free-surface elevation, angular velocity of the flap and pressure in the PTO system demonstrates that these signals are dominated by their linear component. However, the signals also present some important higher-order frequency components. To predict the CWR of the OWSC under irregular waves the nonlinear output frequency response functions are considered as the extension of the RAO to the nonlinear case. It is shown and discussed that the PTO system, wave frequency and height have a significant influence on the CWR and RAO. The RAO curve for irregular waves does not exhibit a well-defined peak, showing a limited variation in a broadband. A weak correlation between CWR and RAO was found, i.e., the maximum CWR does not occur for the maximum value of RAO.
Year: 2019
Number Pages:
975-992pp.
Author(s): Brito, M.; Ferreira, R. L.; Teixeira, L; Neves, M. G.; R. Canelas
: Renewable Energy
Editor: Elsevier
Volume:
Volume 151.
Keywords: Power take-off: PTO damping; Response amplitude operator: RAO; Capture width ratio: CWR; Oscillating wave surge converter: OWSC; Wave energy
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Measuring wave run-up, overtopping and damage of rubble-mound breakwaters in scale model tests
A set of scale-model tests was carried out at the wave basin of the Leibniz University Hannover to extend the range of wave steepness values analysed in run-up, overtopping and armour layer stability studies, focusing on oblique extreme wave conditions and on their effects on a gentler slope breakwater
Year: 2019
Number Pages:
118-129pp.
Author(s): Santos, J. A.; Lemos, R.; Weimper, J.; Gronz, O.; Hofland, B.; Sande, J.; Pinheiro, L.; Spans, J.H.; Peña, E.; Reis, M. T. L. G. V.; Fortes, C. J. E. M.; Figuero, A.; Laiño, E.; Bornschein, A.; Kerpen
Editor: Hydralab+
Keywords: Rubble-mound breakwaters; Model tests; Overtopping; Wave run-up
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Numerical analysis of the interference between two elastically mounted cylinders in tandem subject to flows at low Reynolds numbers
Fluid-dynamic interference among cylindrical structures in arrays, frequently used in engineering, is of fundamental and practical interests since it may considerably change fluid-structure interactions and produce large fluctuating forces on structures that cause vibrations, lock-in and important motions. This paper aims to study the mutual interference between two circular cylinders in tandem arrangement, which is considered the simplest configuration of one array cylinders, elastically mounted in transversal direction and subject to a bi-dimensional uniform laminar flow at low Reynolds numbers. Both cylinders have the same diameter D and the center-to-center spacing is equal to L = 5.25D which corresponds to co-shedding regime. The academic numerical model Ifeinco, which is based on the finite element method and uses a partitioned scheme that considers two-way interaction of fluid flow and structure, has been employed to the analysis. Combinations of upstream and downstream stationary and elastically mounted cylinders are investigated for Reynolds number range from 90 to 140. Differences of flow behaviors drag and lift forces and resonance between single cylinder and cylinders in tandem arrangement were found. Mutual and respective influence of upstream cylinder motion on the downstream cylinder and vice-versa are analyzed. Results show that, in some engineering studies, the consideration of the flexibility of cylindrical structures in arrays is fundamental since it influences significantly the interference between cylinders, mainly the magnitude and direction of forces and characteristics of the resonance range, and, consequently, structural and dynamical behaviors.
Year: 2019
Number Pages:
11p.
Author(s): Teixeira, P.; Rechsteiner, P.; Didier, E.
: Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering
Editor: Springer
Volume:
Vol. 41.
Keywords: Finite element method; Vortex-induced vibration; Wake interference; Tandem arrangement; Circular cylinders
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Observação e monitorização de obras marítimas com a nova metodologia OSOM+
This paper describes a programme under the responsibility of the National Laboratory for Civil Engineering (LNEC), Portugal for the systematic observation and monitoring of maritime works, termed OSOM+, which has been applied to an extensive number of maritime structures on the Portuguese mainland coast and abroad. The OSOM+ programme comprises the following four main components for each structure: a) Periodic visual inspections by a trained technician; b) Periodic aerial inspections using a UAV/drone; c) The ANOSOM-GIS database, to store and/or query obtained information, as well as to diagnose present, evolution and risk conditions; and d) A mobile, portable, application, for real-time input and visualization of the ANOSOM-GIS database information.This recently updated methodology encompasses a number of tools whose functionalities are illustrated in this paper with an application to a case study: the Ericeira
Year: 2019
Number Pages:
22p.
Author(s): Fortes, C. J. E. M.; Capitão, R.; Henriques, M. J.; Lemos, R.; Neves, M. G.; Reis, M. T. L. G. V.; Silva, L. G.
: Revista Mundi, Engenharia, Tecnologia e Gestão
Editor: Instituto Federal do Paraná
Volume:
v.4, n.2.
Keywords: Ericeira
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A methodology to determine the optimal size of a wells turbine in an oscillating water column device by using coupled hydro-aerodynamic models
This paper describes a methodology to determine the optimal size of a Wells turbine to be used in an OWC device taking into account hydro-aerodynamic coupling, performance curves of the turbine and air pressure control by a relief valve. The proposed model, named turbine diameter optimization (TDO) model, considers the movement of the water surface inside the OWC chamber as a piston movement in response to the hydrodynamic forces from the incoming waves. The aerodynamic is based on the first law of thermodynamics applied to the air column of the chamber. The power-pressure curve of the turbine and the air pressure control by relief valve are implemented in the model to determine the turbine power output for several regular incident waves. The TDO model is initially calibrated by a numerical model based on Reynolds-Average-Navier-Stokes (RANS) equations for each wave component of an expected sea state distribution. Thereafter, the power output generated by turbines of several sizes is calculated with lower computational cost (few minutes) in comparison with RANS based models (thousands of hours) in a personal computer. This developed methodology is an important support to the process of turbine sizing for an OWC device for an expected sea state distribution.
Year: 2018
Number Pages:
9-18pp.
Author(s): Torres, F.; Teixeira, P.; Didier, E.
: Revista Renewable Energy
Editor: Elsevier
Volume:
Vol. 121.
Keywords: Air pressure control; Turbine sizing; Oscillating water column; Wave energy
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An integrated tool for modelling oscillating water column (OWC) wave energy converters (WEC) in vertical breakwaters
This paper describes the preliminary developments of an innovative integrated tool for the numerical modelling of oscillating water column (OWC) wave energy converters (WEC) integrated in vertical breakwaters. The main purpose of the tool is the numerical modelling of wave propagation from offshore to nearshore, wave-structure interaction, and the complex nonlinear hydrodynamic and aerodynamic phenomena that occur in OWC-WECs.The tool development and validation were supported by experimental data from physical model tests carried out in a wave flume at the Portuguese National Laboratory for Civil Engineering (LNEC). Prototype data were also available for the Pico OWC-WEC in the Azores, Portugal, monitored by the Portuguese Wave Energy Centre since 2005. Application of the tool for sea-wave characterization at the Azores archipelago and calculation of the corresponding wave power for a period of 10 years at various points around each island show that, in winter, there is good availability of wave energy in most quadrants of each island. In summer, the resource exploitation is only worthwhile on the north-west coasts of the islands. Physical and numerical modelling results for an OWC with a fully open chamber show good agreement between experimental data and numerical values for several incident wave conditions. The analysed results include the time series of the free-surface elevation at different locations, the time series of the mean free surface inside the water chamber, the amplification factors, the phase angles and the velocity vectors at the highest and the lowest positions of the mean free surface inside the chamber. The tool showed its potential to be useful in supporting ocean and coastal engineering projects due to its capacity to effectively reproduce the main phenomena involved in these types of studies.
Year: 2018
Number Pages:
198
Author(s): Mendonça, A. C.; Dias, J.; Didier, E.; Fortes, C. J. E. M.; Neves, M. G.; Reis, M. T. L. G. V.; Conde, J. M.; Poseiro, P.; Teixeira, P. R. F.
: Journal of Hydro-environment Research
Editor: Elsevier
Volume:
Vol. 19.
Keywords: Wave power; SWAN-URANS models; Nonlinear numerical modelling; Physical modelling; Wave-structure interaction; Oscillating water column (OWC) wave energy converter (WEC)
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Asymmetric copula
Joint statistical models for long-term wave climate are a key aspect of offshore wind engineering design. However, to find a joint model for sea-state characteristics is often difficult due to the complex nature of the wave climate and the physical constraints of seastates phenomena. The available records of wave heights and periods are often very asymmetric in their nature. This article presents a copula-based approach to obtain the joint cumulative distribution function of the significant wave heights and the up-crossing mean period. This study is based on 124-month hindcast data concerning Horns Rev 3 offshore wind farm. The extra-parametrization technique of symmetric copulas is implemented to account for the asymmetry present in the data. The analysis of the total sea, the wind-sea and primary swell components is performed separately. The results show that the extra-parametrization technique with pairwise copulas consistently provided a better goodness-of-fit when compared to symmetric copulas. Moreover, it is demonstrated that the separation of the total sea into its components does not always improve the extra-parametrized copula
Year: 2018
Number Pages:
304-334pp.
Author(s): Fazeres-Ferradosa, T.; Taveira-Pinto, F.; Vanem, E.; Reis, M. T. L. G. V.; Neves, L.
: Wind Engineering
Editor: Sage
Volume:
Vol. 42, No. 4.
Keywords: Asymmetry; Crámer
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Characterization of ship motions induced by wake waves
This paper analyses the hydrodynamic interaction between two ships, one stationary and the other navigating nearby, using physical and numerical modelling. The passing ship is a self-propelled scale model of the
Year: 2018
Number Pages:
547-555pp.
Author(s): Pedro, F.; Pinheiro, L.; Fortes, C. J. E. M.; Santos, J. A.; Hinostroza , M.
: Progress in Maritime Technology and Engineering
Editor: Taylor & Francis
Keywords: Wake waves; SWAMS; Ship motions
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Comunicação
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Numerical analysis of the influence of chamber sizes and turbine characteristics on an oscillating water column wave energy converter
Nowadays, renewable energy is a topic widely discussed in scientific community. Specifically wave energy attracts attention because it has a high energy potential distributed throughout the planet. Oscillating Water Column (OWC) wave energy converter is one of the most studied devices that have promising perspectives to be installed commercially. This study aims investigating the influence of chamber sizes and turbine characteristics dimensions of an OWC device located at the southern Brazilian coast is carried out. Numerical simulations for incident waves with period T = 7 s and 10 s and height H = 1.5 m, by using the FLUENT® model, based on the finite volume method (VFM) are carried out. Efficiencies for different chamber sizes and Wells turbine characteristic relations (kt) in each incident wave are determined. The highest efficiencies were obtained by a chamber with 5 x 5 m and kt = 530 Pa.s/m³ in the case of an incident wave with T = 7s (52%), and 30 x 30 m and kt = 15 Pa.s/m³ at T = 10s (65%).
Year: 2020
Number Pages:
9p.
Author(s): Wiener G.F.; Teixeira, P. R. F.; Didier, E.
Editor: ABCM - Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering
Keywords: Pneumatic energy; Oscillating water column; Wave energy converter
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Risk forecast system for moored ships
Port terminals downtimes lead to large economic losses and largely affect the port
Year: 2020
Author(s): Pinheiro, L.; Fortes, C. J. E. M.; Reis, M. T. L. G. V.; Santos, J. A.; Guedes Soares, C.
: Proceedings of virtual Conference on Coastal Engineering, 2020
Editor: University of Southern California, USA
Volume:
No 36v (2020).
Keywords: Azores; Ports; Waves; Moored ships; Forecast system
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Scale model tests of a moored tanker at leixões port with breakwater´s extension
This paper describes the physical model, experimental setup and tests performed to study the motions and forces of a ship moored to the pier A at the Leixões oil terminal, following the breakwater
Year: 2020
Author(s): Pinheiro, L.; Abdelwahab, H.S.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.; Guedes Soares, C.
: Proceedings of virtual Conference on Coastal Engineering, 2020
Editor: University of Southern California, USA
Volume:
No 36v (2020).
Keywords: Experimental tests; Leixões; Physical scale model; Ports; Waves; Moored ships
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Simulation of hurricane Lorenzo at the port of Lajes das Flores, Azores, by using the HIDRALERTA system
HIDRALERTA is a forecast, early warning and risk assessment system for port and coastal areas that uses measurements and estimates of sea-waves and water levels to evaluate overtopping/flooding events. The calculation of the mean overtopping discharge over a maritime structure is performed through artificial neural network-based tools and/or empirical formulae. The system is developed in open source software, mainly using the Python language. This paper presents the application of HIDRALERTA system to reproduce the hurricane Lorenzo conditions and impacts at Lajes das Flores port on October 2nd 2019, the most affected port in Azores. This hurricane was regarded as the strongest storm to hit Azores in 20 years. The system predicted the expected results for the hurricane wave characteristics, as well as overtopping discharge volumes. Further validation still need to be improved with the collaboration of the local authorities and the use of historical data.
Year: 2020
Number Pages:
376-379pp.
Author(s): SANTOS, M.I.; Reis, M. T. L. G. V.; Pinheiro, L.; Fortes, C. J. E. M.; Zózimo, A. C.; Serrazina, V.; SALVADOR, M.; Azevedo, E. B.; Reis, F.
: Atas das 6.as Jornadas de Engenharia Hidrográfica / 1.as Jornadas Luso-Espanholas de Hidrografia
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Warning system; Overtopping; Lorenzo; Lajes das Flores; Hidralerta
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Testing storm impact modelling at São Pedro de Moel beach
Numerical models are useful tools to predict the effects of storms in coastal areas. The objective of this work was to simulate the effects of storms in São Pedro de Moel beach by using XBeach. The nearshore sea state was obtained by propagating offshore conditions using the SWAN model. The XBeach model was divided into two setups to analyse overtopping events and coastal evolution. Sensibility tests, calibration, and validation, using information from different storms, were performed for the different setups. The results from the overtopping simulation were compared against results from an empirical formula. The comparison showed lower values obtained with the empirical formula. The coastal evolution run point out to the necessity of having better field data before and after storms to improve the model setting and accuracy.
Year: 2020
Number Pages:
97-100pp.
Author(s): Cabrita, P.; Ferreira, A. M.; Fortes, C. J. E. M.; Ferreira, Ó.; Freire, P.
: Atas das 6.as Jornadas de Engenharia Hidrográfica / 1.as Jornadas Luso-Espanholas de Hidrografia
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: XBeach; Overtopping; Empirical formula; Coastal storms; Coastal evolution
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Three-dimensional survey in scale model tests of rubble-mound breakwaters. Laser scanning and time of flight methodologies
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. This paper focuses on damage evolution of a model of a rubble-mound breakwater and on the novelty of the non-intrusive survey methodologies such as laser scanning and Time of Flight (ToF) techniques, based on point clouds, enabling the extraction of profiles and the calculation of eroded depths and eroded volumes. The final objective of this work is to evaluate the applicability of the estimation the number of displaced armour units, using a non-dimensional damage parameter based on the calculated eroded volume.The paper will also describe the experiments conducted under the RODBreak, a project sponsored by the HYDRALAB+ Transnational Access Program, in which a stretch of a rubble-mound breakwater was built at the wave-current basin of the Leibniz University Hannover (LUH) to assess the structure behavior. Four scan surveys were conducted using a Faro Focus 3D laser scan, as well as a ToF sensor. Those surveys were carried out before and after two test series, in order to evaluate the eroded volume and profile evolution.
Year: 2020
Number Pages:
388-391pp.
Author(s): Lemos, R.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.; Kerpen, N.B.
: Atas das 6.as Jornadas de Engenharia Hidrográfica / 1.as Jornadas Luso-Espanholas de Hidrografia
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Stability; Measuring techniques; Breakwater; 3D surveying
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Validação do protótipo do sistema To-SEAlert para o porto da Ericeira. Depressões Elsa e Fabien
Neste trabalho é efetuada a validação do protótipo To-SEAlert para o porto da Ericeira. Para a validação dos resultados do modelo SWAN foram utilizados os dados de duas boias situadas ao largo da Nazaré e para a validação das previsões do sistema de cálculo do grau de risco foram simuladas as depressões Elsa e Fabien (ocorridas em dezembro de 2019) e que foram responsáveis por fortes danos na cabeça do molhe do porto da Ericeira. Verificou-se uma boa concordância entre os dados das boias e os resultados do modelo SWAN, tendo no entanto o modelo reproduzido melhor a direção média e a altura significativa do que o período de pico. Relativamente aos valores de galgamento, os resultados obtidos na simulação das depressões Elsa e Fabien estiveram em concordância com os valores referidos na literatura como causadores de danos nas estruturas.
Year: 2020
Number Pages:
183-186pp.
Author(s): Zózimo, A. C.; Fortes, C. J. E. M.; Pinheiro, L.
: Atas das 6.as Jornadas de Engenharia Hidrográfica / 1.as Jornadas Luso-Espanholas de Hidrografia
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: To-SEAlert; Galgamentos; Depressão Faien; Depressão Elsa; Alerta
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Wave energy assessment in Portugal potential locations for OWC installation
This work aims to determine the exploitable wave energy resource at six potential sites, located in the Azores, Madeira and Sines breakwater city harbours. For that purpose, the thirdgeneration 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 climate 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 described, since it is of fundamental importance for the efficiency of the Wave Energy Converters (WEC).
Year: 2020
Number Pages:
396-399pp.
Author(s): Anastas, G.; Pinheiro, L.; Fortes, C. J. E. M.; Santos, J. A.
: Atas das 6.as Jornadas de Engenharia Hidrográfica / 1.as Jornadas Luso-Espanholas de Hidrografia
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Exploitable energy; SWAN; Oscillating water column; Wave energy converter
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Wave run-up and overtopping in rubble-mound breakwaters under oblique wave incidence
Former investigations on wave run-up and overtopping of (impermeable and permeable) coastal structures aimed at quantifying the influence of oblique waves on mean overtopping discharge, water layer thickness and velocities by developing empirical formulas of a reduction factor for wave obliquity,
Year: 2020
Author(s): Reis, M. T. L. G. V.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.; Lemos, R.; Carvalho, R.; Pohl, R.; BJORNSCHEIN, A.
Editor: University of Southern California, USA
Volume:
No 36v (2020).
Keywords: Rubble mond breakwaters; Overtopping; Wave runup
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Analysis of the incident sea-waves and of the consequent run-up in the RODBreak experiment
In 2017, the RODBreak experiment was conducted. The experiment aimed at characterizing wave run-up, overtopping and damage in rubble-mound breakwaters. The reason for these experiments was the huge impact that climate can have on maritime structures, particularly in rubble mound breakwaters. In fact, the forecast sea level rise associated with more frequent and severe storms will have consequences either on the increase of wave runup, wave overtopping or on damage on existent structures since they were not design for those extreme values. However, for those climate change scenarios, little is known about the actual failure probability of such structures.Within this framework, a stretch of a rubble-mound breakwater was built in a wave basin. Under extreme wave conditions, with different incident wave angles (from 40° to 90°), a total of 49 tests were performed. Each test had different testing parameters, such as significant wave height (Hs), peak period (Tp) and wave direction. Also, for each test, different types of measurements were considered. Incident sea waves were measured with 3 arrays of 6 acoustic wave probes each as well as with isolated acoustic wave probes and 5 Acoustic Doppler Velocimeters (ADV
Year: 2019
Number Pages:
152-157pp.
Author(s): Spans, J.H.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.; Pinheiro, L.
Editor: EdiBios
Keywords: Run-up; RODBreak
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Capítulo de Livro
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Multi-functional artificial reefs for coastal protection
N/A
Year: 2009
Number Pages:
153-210 pp.
Author(s): Voorde, M.; Antunes do Carmo, J.; Neves, M. G.
Editor: Ch. A. Hudspeth, T. E. Reeve
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Tese 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.
Year: 2022
Author(s): 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
Year: 2015
Author(s): 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.
Year: 2010
Author(s): 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.
Year: 2009
Author(s): 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
Year: 2003
Number Pages:
400 p.
Author(s): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
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Modelação Estocástica Numérica e Física da Agitação Marítima
N/A
Year: 2002
Number Pages:
434 p.
Author(s): Capitão, R.
Editor: ******
Info
Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
N/A
Year: 2002
Number Pages:
400 p.
Author(s): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Modelação Estocástica Numérica e Física da Agitação Marítima
N/A
Year: 2001
Number Pages:
434 p.
Author(s): Capitão, R.
Editor: ******
Info
Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
N/A
Year: 2001
Number Pages:
400 p.
Author(s): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Interacción de ondas y grupos de ondas con estructuras de protección de costas
N/A
Year: 1999
Number Pages:
257 p.
Author(s): Neves, M. G.
Editor: ******
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Relatório Científico
Info
Estudo de filtros e absorvedores para ondas de grande período.
N/A
Year: 1956
Author(s): Morais, C. C.
Info
Estudo do comportamento dos fundos adjacentes ao molhe do porto de S. Vicente de Cabo Verde
N/A
Year: 1956
Author(s): Abecasis, F.; Vera-Cruz, D.
Info
Estudo experimental do porto do Funchal. 2.ª fase - Ensaios de ressonância.
N/A
Year: 1956
Author(s): Castanho, J.; Abecasis, F.
Info
Estudo de filtros e absorvedores para ondas de grande período.
N/A
Year: 1955
Author(s): Castanho, J.
Info
Estudo experimental do porto do Funchal. 1.ª fase - Ensaios de estabilidade do molhe. Ensaios dos reforços sobre o muro-cortina.
N/A
Year: 1955
Author(s): Abecasis, F.; Castanho, J.
Info
Missão aos Estados Unidos da América.
N/A
Year: 1955
Author(s): Castanho, J.; Abecasis, F.
Info
Ensaio em modelo reduzido do porto de Lobito. 1.ª Fase: Estudo da supressão dos mangais. Texto e Figuras.
N/A
Year: 1954
Author(s): Abecasis, F.; Castanho, J.
Info
Estudo Experimental do Porto do Funchal. 1ª Fase: Ensaios de estabilidade do molhe
N/A
Year: 1954
Author(s): Abecasis, F.; Castanho, J.
Info
Missão de reconhecimento ao porto do Lobito.
N/A
Year: 1952
Author(s): Abecasis, F.
Info
Programa definitivo das observações da natureza a realizar com vista ao ensaio do porto do Lobito.
N/A
Year: 1952
Author(s): Abecasis, F.
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Outro
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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
Year: 1998
Number Pages:
3 p.
Author(s): Covas, J. A.
Editor: ******
Info
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
Year: 1998
Number Pages:
53 p.
Author(s): 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
Year: 1998
Number Pages:
50 p.
Author(s): Covas, J. A.; Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
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
Year: 1998
Number Pages:
2 p.
Author(s): Covas, J. A.
Editor: ******
Info
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
Year: 1998
Number Pages:
11 p.
Author(s): Carvalho, M. M.; Capitão, R.
Editor: ******
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