Physical modeling of run-up and overtopping on a section of the Ericeira harbor breakwater

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO entendimento dos fenómenos de espraiamento e galgamento, tal como a sua correta previsão através de ensaios em modelo físico reduzido e fórmulas empíricas, tem despertado desde há muito um contínuo interesse. Isto deve-se ao facto do impacto da agitação marítima incidente em quebra-mares de talude conduzir a várias consequências, tais como danos nas estruturas, suspensão de atividades pesqueiras e custos elevados de obras de manutenção, entre outras, as quais tenderão a acentuando-se em cenários de alterações climáticas. Por conseguinte, existe a necessidade de compreender e antever de uma forma tão correta quanto possível os fenómenos de interação onda/estrutura, por forma a tornar as estruturas de proteção costeira mais seguras.Assim, no presente trabalho procura-se essencialmente avaliar o espraiamento e o galgamento num quebra-mar de talude sob diferentes condições de agitação marítima incidente usando para tal o caso específico do porto da Ericeira. Para tal, desenvolveram-se ensaios em modelo físico reduzido no canal de ondas irregulares do Núcleo de Portos e Estruturas Marítimas do Laboratório Nacional de Engenharia Civil. O perfil de secção ensaiado foi a zona do cais do quebra-mar do porto da Ericeira, tendo sido testados os períodos de pico de 12 s, 14 s e 16 s associados a diferentes alturas de onda significativa entre os 4 m e os 8.5 m para três níveis de maré: Preia-mar, Nível-médio e Baixa-mar.Através de ensaios em modelo físico foi possível medir a elevação da superfície livre, o espraiamento na face do talude e o volume total galgado. A partir dos resultados obtidos em modelo físico compararam-se os valores de espraiamento e do caudal médio galgado por metro de desenvolvimento da estrutura com os obtidos através de várias fórmulas empíricas. A análise realizada demonstra que as ferramentas utilizadas para o cálculo do espraiamento e do galgamento têm algumas limitações e vantagens, devendo por isso serem tidas em conta na sua aplicação.Por último, resumem-se as principais conclusões sobre o trabalho desenvolvido, complementando-se com algumas propostas para desenvolvimentos futuros com o fim de aprofundar os conhecimentos sobre o tema.The understanding of run-up and overtopping phenomenon, as well as their correct prediction through reduced physical model tests and empirical formulae, has long been of continuing interest. The impact of wave action on slope breakwaters can lead to adverse consequences such as damage in structures, suspension of fishing activities, high costs of maintenance work among others, which are increased in scenarios of climate change. Therefore, there is a need to understand and correctly predict this wave/structure interaction phenomenon, to make these structures safer.Thus, this works aims to evaluate the run-up and overtopping of a slope breakwater under different conditions of incident wave using the specific case of Ericeira’s harbor. For this purpose, tests were developed on a scale model in the irregular wave flume of the Nucleus of Ports and Marine Structures in the Portuguese National Laboratory of Civil Engineering. The cross-section profile tested was the breakwater quay of Ericeira’s harbor with different significant wave heights between 4m and 8.5 m for three tidal levels: High-tide, Mid-tide, and Low-tide.Through physical model tests it was possible to measure the free surface elevation, the run-up on the slope surface and the total volume overtopped. From the results of the physical model, it was possible to compare the values of the run up and the average flow per meter of structure development with the values obtained by several empirical formulae. The analysis carried out shows that the tools used to calculate de run-up and overtopping have some limitations and advantages and must therefore be taken into consideration when they need to be applied. Finally, the main conclusions about the work developed are summarized, being complemented with some proposals for future developments to deepen the knowledge about the subject