Publications

In the framework of a research project entitled

Neste trabalho, descreve-se a metodologia desenvolvida para a avaliação do risco associado à ocorrência de galgamentos de estruturas portuárias e costeiras que foi implementada no sistema integrado de apoio à decisão na gestão portuária e costeira, GUIOMAR.Componente básica desta metodologia é a caracterização da agitação marítima incidente no trecho da estrutura em estudo e a estimação dos valores correspondentes do caudal médio galgado por unidade de comprimento do coroamento daquela estrutura. A determinação da agitação marítima é efetuada recorrendo a uma metodologia de acoplamento de modelos numéricos de propagação de ondas, com base em dados de agitação marítima provenientes de bóias ou de modelos regionais de previsão da agitação. O cálculo dos galgamentos é efetuado com recurso a uma ferramenta baseada na análise de redes neuronais.A avaliação simplificada do risco dos galgamentos aqui apresentada resulta da combinação dos valores da probabilidade e das consequências associados à ocorrência de caudais médios galgados que ultrapassam um determinado limiar de caudal galgado. Embora a definição deste limiar dependa das consequências dos galgamentos para a zona em estudo, considera-se apenas um valor para as consequências da ultrapassagem do limiar fixado, sem refletir a expectável variação dos prejuízos com o valor do caudal galgado. A probabilidade de excedência do limiar é determinada calculando o quociente entre o número de estados de agitação marítima incidentes na estrutura em que tal ultrapassagem ocorreu pelo número total de estados de agitação marítima incidentes na zona em estudo.Uma vez obtido o valor do risco é possível representar graficamente o grau de risco e o grau de aceitabilidade desse mesmo risco em cada zona e estrutura estudada. Esta informação é crucial do ponto de vista de planeamento a longo prazo de intervenções em zonas portuárias ou costeiras .Testou-se a metodologia com três trechos distintos de estruturas de proteção costeira ou portuária existentes na baía da Praia da Vitória, Ilha Terceira, Açores, onde se localiza o porto da Praia da Vitória. Os trechos estudados são: a secção do molhe sul do porto que protege diretamente o cais 12, um trecho da proteção marginal da baía diretamente em frente à entrada da baía da Praia da Vitória e o trecho corresponde ao perfil corrente do enraizamento do esporão existente na mesma zona. Em qualquer dos trechos estudados, avaliou-se o risco associado ao galgamento provocado pela agitação marítima incidente, sendo esta caraterizada pelas previsões correspondentes aos anos de 2009 e de 2010.Verificou-se que a metodologia aqui apresentada é simples e eficaz e que pode ser facilmente estendida a outros tipos de risco (navegação, inundação, etc.). Mais ainda, a metodologia agora implementada no sistema GUIOMAR constitui mais um passo e um contributo valioso no sentido de o tornar um sistema mais robusto e eficaz de apoio à gestão portuária e costeira.

This work presents the new developments and the validation of a SmoothedParticle Hydrodynamics (SPH) numerical model used in the NationalLaboratory of Civil Engineering (Laboratório Nacional de Engenharia Civil- LNEC) for studies in coastal engineering processes. Although the modelrequires a high CPU time, it proved to be very promising in the simulationof complex flows, such as the wave-structure interaction and the wavebreaking phenomenon. For the SPH model validation, physical modelingtests were performed in one LNEC

The vortex-induced vibration (VIV) phenomenon has drawn the attention ofresearchers in Engineering for several decades. An example is the riser usedfor petroleum exploration, in which it is subjected to marine flows that maycause oscillations due to vortex shedding. In this paper, numerical analysesof the phenomena that occur in the interaction among flows at low Reynoldsnumbers and elastically mounted cylinders are presented. The simulation iscarried out by using the numerical model Ifeinco that uses a semi-implicittwo-step Taylor-Galerkin method to discretize the Navier-Stokes equationsand the arbitrary Lagrangean-Eulerian formulation to follow the cylindermotion. The rigid body motion description is calculated by using theNewmark method. Firstly, the characteristics of the vortex generationprocess for the fixed cylinder are analyzed. In this case, the Strouhalnumber, the mean drag and the RMS lift coefficients for Reynolds numbersranging from 90 to 140 are shown. Afterwards, an analysis of a flexiblesupported cylinder (with a spring and a damper) in transverse directionsubject to flows with Reynolds numbers ranging from 90 to 140 is carriedout. The cylinder displacement and the vibration frequencies are studied;the synchronization between the vortex shedding and the vibrationfrequency (lock-in) is analyzed. Similar results to the experimental onesdeveloped by Anagnostopoulos and Bearman (1992) were obtained in thisstudy.

Coastal waters are an integral part of the natural environment. Careful planning and management is needed to protect andconserve them, and to ensure that the water supply is useful for a variety of uses.Submarine outfalls for effluent disposal are used to ensure that the water quality is maintained and that the environmental valuesand water uses are protected.Decision on treatment and disposal is based on objectives set by national and international legislation and on coastal and maritimeuses identification.An operational forecast methodology is proposed for the management of submarine outfalls providing information to deal with themarine environment problems and to satisfy needs at different levels for coastal communities.From a management perspective the forecast methodology will support decision making by predicting where a discharged plume islikely to be transported over a few days from its last known location.Short-term forecasts of maritime climate and hydrological conditions along with foreseen effluent characteristics (depending onseasons and population equivalent) of the studied region are used for an accurate estimation of the effluent plume advection anddiffusion processes near the coastline.The operational forecast methodology, continuously evaluating the plume behavior and its relation with the protection perimeter(identified through a coastal usage map), allows the implementation of a precautionary and adjustable management of thesubmarine outfall. Corrective measures (e.g. increase dilution, increase the number of outlets, increase outflow speed) may avoidpossible operational disruptions and minimize potential water quality impacts.To illustrate the application of the procedure, a submarine outfall case study located in the Portuguese coast is analysed.

Neste trabalho é analisado um dispositivo de extração de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante sob a ação de ondas regulares de diferentes períodos. São realizadas variações no comprimento submerso da parede frontal e no comprimento da câmara. Para tal é utilizado o código numérico FLUINCO, o qual é baseado nas equações RANS e a discretização é realizada utilizando o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos. Uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE) é utilizada para permitir a solução de problemas que envolvem movimentos da superfície livre. Alguns resultados são comparados com os obtidos utilizando o programa FLUENT. São apresentados a amplificação (relação entre a altura da onda incidente a e dentro da câmara), distribuição das velocidades e vetores de velocidade.

This paper describes an application of theBoussinesq-type COULWAVE model to study the wavehydrodynamics in the vicinity of a multi-functional artificialreef (MFAR). This reef is under investigation and consists ofa supplementary protection solution for the Leirosa sanddune system located at South of Figueira da Foz, on thePortugueseWest coast. Such installation near the coastline isexpected to contribute to enhance the surfing conditions inthe area, protect the sand dune system in the surroundings ofLeirosa beach, and increase its environmental value.Numerical calculations with the COULWAVE model wereperformed for four test cases, considering two reef geometries(differing in the reef angle) and two incident waveconditions (storm condition and a common wave condition).Comparisons between the results obtained, in terms of waveheights and breaking line positions allow us to assess theinfluence of the reef on the hydrodynamics near the beachand around the reef. Moreover, the reef performance wasanalysed in terms of surfability and coastal protection. Thesurfability parameters (breaker height, Iribarren number andpeel angle) were calculated for each test case using thenumerical wave heights, wave directions and wave breakingpositions. Comparisons of parameters allow characterizingthe most appropriate configuration of the reef to improve thesurfing conditions in the study area. A methodology basedon numerical free surface elevations and horizontal velocitycomponents was developed to calculate wave directions,since this is not a direct output of the COULWAVE model.Concerning coastal protection, analyses of the mean currentsaround the reef were used together with observationsof the velocity cells near the shoreline as an indication of thesediment transport.

The knowledge of wave transformation and breaking characteristics nearcoastline is essential for the nearshore hydrodynamics and the design ofcoastal structures. This paper describes a wide range of wave flume testsperformed at the National Laboratory for Civil Engineering (LNEC),located in Lisbon (Portugal), which main objective was to study waveshoaling and breaking over a set of different gentle slopes for severalincident waves and thus to contribute for a better understand of thehydrodynamics of wave transformation.The experimental conditions, the measurement equipment, the incidentwave characteristics, the type of measurements performed (free surfaceelevation and particle velocity) and the data obtained are described. Timeand spectral analysis based upon the measured data are also performed andpresented. For a regular wave with a period of 1.5s and a height of 0.1m arepresented and discussed the following results: free surface elevation atselected sections along the flume; the spectral analysis; the significant waveheight and average period along the flume; the particle velocity componentsat different locations along the flume; the average, maximum and minimumvalues of the longitudinal component of the velocity along the flume; thetwo dimensional distribution of the three components of the velocity; andlongitudinal velocity component vertical profiles.

Neste trabalho, analisa-se o desempenho do modelo numérico SWAN (Booij et al., 1999) na caracterização da agitação marítima na zona costeira da praia da Amoreira, em Aljezur, Algarve. Para este efeito, efectua-se uma análise comparativa entre as medições de agitação marítima realizadas na Praia da Amoreira e as estimativas produzidas por esse modelo. Assim, partindo dos resultados do modelo regional de previsão da agitação marítima, WAVEWATCH III, Tolman (1999, 2002), para os dias em que foram realizadas as medições in-situ, efectuaram-se cálculos com o modelo SWAN, obtendo-se nos locais de medição valores de altura significativa, período de pico e período médio. A comparação das simulações numéricas com os dados medidos permitiu avaliar o desempenho do modelo numérico e reforçar a confiança que já existia neste modelo na sua utilização em estudos de morfodinâmica e dinâmica costeira.

N/A

The global warming is responsible for increasing the sea level and, consequently, can cause overtopping on coastal structures. The prediction of this phenomenon is difficult because involves turbulence, wave breaking and run-up. The objective of this study is to analyze numerically the wave overtopping on coastal structures by using the FLUENT® numerical model, which is based on Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS) and uses the Volume of Fluid method (VoF) to track the interface between water and air. Influences of mesh size, turbulence model (k-

Os quebra-mares de talude são estruturas normalmente utilizadas para proteção costeira e portuária e estão sujeitas durante a sua vida útil a diferentes solicitações (p.e., agitação marítima). A avaliação do seu estado estrutural e a previsão do seu comportamento ao longo do tempo torna-se fundamental para evitar significativos prejuízos materiais. É nesse âmbito que se insere o programa de observação sistemática, em curso no LNEC, desde 1986, para quebra-mares localizados em Portugal Continental, nos quais o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) realiza inspeções periódicas e avalia as respetivas condições de segurança. Para apoio a esse programa foi densenvolvida no LNEC a aplicação ANOSOM, a qual tem sofrido, ao longo dos tempos, diversas atualizações com vista a acompanhar a evolução que o programa OSOM+ tem vindo a sofrer. Esta comunicação descreve as funcionalidades da mais recente versão desta aplicação, a ANOSOM-WEB, como ferramenta de gestão de risco em estruturas de proteção costeira.

Regarding the stability of armour layers, several authors have proposed guidelines on how toconsider the effects of oblique waves (e.g. Yu et al., 2002, Van Gent, 2014; Maciñeira &Burcharth, 2016). Especially for very oblique waves, for which the increase in stability is thelargest, limited data are available. Under the scope of the HYDRALAB+ transnational accessproject

O desenvolvimento de capacidade para prever a agitação marítima ao nível das bacias oceânicas com alguns dias de antecedência estimulou o aparecimento de sistemas informáticos para previsão dos efeitos da agitação marítima em zonas costeiras e portuárias. O HIDRALERTA é um desses sistemas: partindo das características da agitação marítima ao largo e utilizando modelos numéricos para a propagação da agitação marítima estima os parâmetros relevantes da agitação marítima para a avaliação do galgamento e do espraiamento quer em zonas portuárias, quer em zonas costeiras. 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 pretende melhorar as funcionalidades daquele sistema no que se refere às metodologias de previsão do galgamento e da delimitação da zona inundada, bem como no apoio à resposta a situações de emergência envolvendo aquele fenómeno.Esta comunicação pretende descrever o racional que justifica a existência do projeto, as tarefas em que o mesmo foi dividido e os principais resultados esperados.

Neste artigo descreve-se a metodologia atualmente existente no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) de observação e monitorização sistemática de obras marítimas, que tem sido aplicada com sucesso a um grande número de estruturas marítimas na costa continental portuguesa e no estrangeiro.A atual metodologia (OSOM+) de diagnóstico de quebra-mares para avaliação dos estados atual, de evolução e de risco, complementa a anterior (OSOM), baseada somente em observações visuais, utilizando agora também a informação obtida com as inspeções com drone. Os resultados obtidos com as observações de drone, nomeadamente as fotografias aéreas verticais, os ortomosaicos e a nuvens de pontos, a partir das quais são construídos os modelos digitais de superfície das estruturas, permitem melhor avaliação do dano.Para ilustrar a aplicação da atual metodologia de avaliação de segurança de quebra-mares, usam-se os resultados da campanha de levantamento aéreo realizada em setembro de 2018 no quebra-mar poente da entrada do porto de Portimão.

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.

A caraterização da rebentação / espraiamento / galgamento e do seu impacto na estabilidade de quebra-mares de taludes, quer no tronco, quer na cabeça, ainda é deficiente para cenários de alterações climáticas. O mesmo acontece com a influência nestes fenómenos de grandes ângulos de incidência da agitação marítima. A experiência RODBreak envolveu uma equipa de 23 pessoas de 8 instituições europeias e pretendeu criar um conjunto de dados para:- estender ou melhorar a gama de validade das fórmulas empíricas existentes para a estabilidade do manto protetor, o que facilitará a avaliação do desempenho das estruturas existentes;- calibrar e validar fórmulas empíricas para o espraiamento e galgamento, bem como modelos numéricos para a interação onda-estrutura.Além disso, esta foi uma oportunidade única para testar e melhorar algumas técnicas não intrusivas para medir quantidades relacionadas com aqueles fenómenos. Esta comunicação descreve os testes realizados no tanque de ondas 3D do Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Kusteningenieurwesen da Leibnitz Universität Hannover em outubro e novembro de 2017.

O Porto de Leixões, localizado na costa norte de Portugal, é um dos maiores do país, recebendo diariamente um grande número de 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

Under the framework of the ECOMAPORT project, two new prototypes of the forecast, early warning and risk management HIDRALERTA system to the ports of Madalena do Pico and S. Roque do Pico, both on the Island of Pico, Azores are undergoing. Those prototypes are intended to assess and predict, on a regular basis, the risk of coastal overtopping and consequent flooding and the risk to navigation, in particular as regards the safety of moored and maneuvered vessels, both caused by wave agitation. Additionally, it is intended to guarantee the functionality of the prototype of the HIDRALERTA system currently implemented in the port of Praia da Vitória, in Terceira Island, Azores since 2015, and to implement a new aspect regarding navigation risk.The new prototypes are based on the methodology already developed for the port of Praia da Vitória, where the first prototype of the HIDRALERTA system has been in operation since 2015.This paper essentially describes the work carried out to date on the system and their application to the ports of S. Roque do Pico and Madalena do Pico.

This paper presents a set of scale-model tests carried out to extend the range of wave steepness values analyzed in wave run-up, overtopping and armour layer stability studies, focusing on oblique extreme wave conditions and on their effects on a gently sloping breakwater trunk armour and roundhead. A stretch of a rubble-mound breakwater (head and part of the adjoining trunk, with a slope of 1(V):2(H)) was built in a wave basin at the Leibnitz Universität Hannover to assess, under extreme wave conditions (wave steepness of 0.055) with different incident wave angles (from 40º to 90º), the structure behaviour in what concerns wave run-up, wave overtopping and damage progression of the armour layers, composed by rock and Antifer cubes. Non-intrusive methodologies were used for the assessment of armour layer damage evolution, including a laser scanning technique, stereo photogrammetry and a Kinect© motion sensor. The aim of the present work is to characterize damage evolution, based upon surveys carried out with the Kinect© motion sensor, for 4 of the 11 test series conducted during the test program.

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A

N/A