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Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
4.5. Rebentação
A rebentação de ondas junto à costa ocorre devido à
redução da profundidade.
Segundo a teoria linear, a propagação de ondas em
profundidades gradualmente decrescentes dá origem ao
empolamento: ocorre uma diminuição de H até um
mínimo (≈0.9H0), para depois dar origem ao crescimento
contínuo de H.
Do ponto de vista energético, se o fluxo de energia for
constante, gcHgF 218
ρ=1 , a diminuição da velocidade
de grupo, cg, implica um aumento de H. Do ponto de
vista físico, pode argumentar-se que a energia que é
distribuída sobre uma profundidade ao largo grande,
passa a ser distribuída sobre uma profundidade
pequena.
O aumento de H implica que a teoria de onda de
pequena amplitude deixa de ser válida. Implica ainda
que a onda atinge uma declividade limite (H/L0=0.142) a
partir da qual instabiliza e rebenta.
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−22 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Assim, pode ocorrer rebentação por excesso da
declividade e pela diminuição dos fundos.
A rebentação das ondas não ocorre sempre da mesma
forma, podendo-se identificar 3 tipos fundamentais de
rebentação:
– Rebentação progressiva (spilling);
– Rebentação mergulhante (plunging);
– Rebentação de fundo (surging).
Tipos de rebentação (adaptado de Horikawa, 1988)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−23 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Os processos de rebentação são seguidamente
descritos:
– Rebentação progressiva (spilling): a onda rebenta de
forma contínua, em que a crista “rola” sobre a cava
precedente; ocorre normalmente em praias de
declive ligeiro;
Rebentação progressiva
– Rebentação mergulhante (plunging): ocorre de forma
súbita, quando a crista se dobra em voluta e cai para
a frente; ocorre em praias de declive intermédio;
Rebentação mergulhante
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−24 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
– Rebentação de fundo (surging); ocorre muito
próximo da costa em praias de declive muito
acentuado, quando a crista não chega a rebentar,
pois a frente da mesma espraia-se sobre o talude.
O tipo de rebentação pode ser traduzido em função do
Nº de Iribarren ao largo, 00
0 LH==
δξ , ou local: tan mβ
– Rebentação progressiva: 5.00 <ξ
– Rebentação mergulhante: 3.35.0 0 << ξ
– Rebentação de fundo: 3.30 >ξ
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−25 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Representação esquemática da evolução da
rebentação (adaptado de Basco, 1985)
Existem vários critérios para a determinação do início da
rebentação:
– A velocidade das partículas da crista excede a
velocidade de propagação (celeridade) da onda;
– A superfície livre na zona frontal da crista assume a
posição vertical Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−26 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Estes critérios são empírica e teoricamente traduzidos
em expressões de fácil utilização, essencialmente de
dois tipos:
– declividade limite: =LbH ;
– altura de onda relativa limite: =bb hH
ou por combinações destes dois critérios.
Os critérios mais simples e conhecidos são:
– khLHb tanh142.0= ;
– 78.0=bb hH .
Um critério vulgarmente utilizado é (Weggel, 1972) e
recomendado pelo Shore Protection Manual é
(m ): βtan=
( ) ( ) 219
5.19 146.4164.0
1THe
ehH bm
mbb−
−−+
+=
Sancho e Jacob (1992) propuseram:
0
0752.81ln5972.11153.10059.0LH
mmhH bb
−
+
+=
Após o início da rebentação, a onda rebentada propaga-
se pela zona de “surf”, como se fosse um ressalto
hidráulico móvel (“bore”).
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−27 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
A rebentação de ondas é ainda o fenómeno responsável
pela geração das correntes litorais, e pela modificação
do nível médio superfície livre (formação de sobre-
elevação positiva, “wave setup”, e negativa, “wave set-
down”)
– set-down: ( )khHk
2sinh8
2−=η ;
– setup (experimental): ( ) ( ) bb hhx ηη +−≈ 15.0
Setup e set-down medidos em ensaios de laboratório
(adaptado de Komar, 1998)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−28 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Distribuição em perfil transversal da altura de onda (H), sobre-elevação (η ), velocidades médias transversal (U) e longitudinal (V) e profundidade (h). Comparação de resultados numéricos com experimentais. (Adaptado de Sancho, 1998).
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−29 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Distribuição em perfil transversal da altura de onda (H), velocidades médias transversal (U) e longitudinal (V). Comparação de resultados numéricos com experimentais. (Adaptado de Sancho, 1998).
Em praias de declive constante ou variando
monotonicamente (sem barras longitudinais), com
agitação irregular, a velocidade máxima da corrente
longitudinal é dada por:
bbbsM HgV αα cossen0.1 ,≈
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−30 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
4.6. Espraiamento e refluxo
Designa-se por espraiamento a cota máxima atingida
por uma onda marítima, medida na vertical. O refluxo
refere-se à fase da oscilação em que a onda atinge a
cota mínima.
O fenómeno de espraiamento depende largamente das
características das ondas de vento, mas também das
ondas longas (de baixa frequência) existentes na zona
costeira (ondas de berma, grupos de ondas, etc.)
Factores que afectam o espraiamento e refluxo (swash, run-up, run-down)
(adaptado de Komar, 1998)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−31 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
Na fase de espraiamento e refluxo, podem ocorrer
velocidades do fluido muito elevadas, que podem
provocar a erosão dos fundos da zona do espraiamento
(quer sobre praias naturais, quer sobre estruturas
costeiras, com maior ou menor protecção dos seus
taludes).
É o refluxo um dos principais fenómenos responsáveis
pela queda de blocos dos mantos de estruturas
marítimas (quebra-mares, esporões, molhes, paredões).
Em praias naturais, o espraiamento máximo
(representado como o espraiamento que é excedido
somente por 2% das ondas, em agitação irregular) é da
ordem de (Guza e Thornton, 1982):
0,7.0 ss HR ≈
ou ainda, em função do Nº de Iribarren:
00,0,%2 45.0
LHmHR
ss=
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−32 Francisco Sancho
Hidráulica Marítima IV − Transformação de ondas
O espraiamento máximo numa estrutura pode ser
estimado através da fórmula de Hunt:
βtan8%2 sHR =
em que tanβ é o talude da estrutura.
Pode ser também estimado pela fórmula (Battjes, 1971):
0%2
tanLH
HCHCRs
spsβξ ==
com C obtido experimentalmente (Grüne, 1982, obtém
1.33<C<2.86).
Espraiamento sobre estruturas sendo H a
altura de onda na base da estrutura (adaptado de Komar, 1998, com base em ensaios de van der Meer, 1992)
Processos Fluviais e Costeiros, 2002 X−33 Francisco Sancho