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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE – UFRN

LABORATÓRIO NACIONAL DE ENGENHARIA CIVIL - LNEC

Avaliação do risco de galgamentos na

praia de Vagueira

Discente: José Eduardo Carneiro Barros

Trabalho de Conclusão de Curso

Engenharia Ambiental – UFRN

Natal - 2019

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Avaliação do risco de galgamentos na praia de

Vagueira

RESUMO: A praia da Vagueira situa-se a cerca de 9 km a sul do molhe sul da Barra

de Aveiro, no Concelho de Vagos, distrito de Aveiro, possui uma defesa frontal

aderente com cerca de 620 m de comprimento, e é protegida, na sua extremidade

sul, por um esporão com cerca de 140 m de comprimento e orientação WNW. Esta

praia tem vindo a sofrer ao longo dos anos uma diminuição significativa da sua faixa

de praia, e, com isso, a ocorrência de galgamentos tem vindo a ser cada vez mais

frequente. Além disso, a pressão antrópica devido ao crescimento urbanístico nesta

zona exige ações de intervenção na costa para minimizar tais fenómenos, os quais

podem causar danos às estruturas naturais e artificiais da praia. No presente

trabalho avalia-se o risco de galgamentos em três pontos da estrutura de proteção

aderente desta praia, onde se observam caudais médios galgados de até 7.7 l/s/m

no período entre 2000 e 2018.

Palavras-chave: Galgamentos, Espraiamento, Modelação Costeira, Praia da

Vagueira.

ABSTRACT: The Vagueira Beach is located about 9 km south of the southern Barra

de Aveiro groyne, in the municipality of Vagos, district of Aveiro. It has an adherent

frontal defense of about 620 m in length, and is protected, at the south portion, by a

groyne with approximately 140 m of extension WNW oriented. This beach has been

suffering a significant decrease of its beach strip over the years, so the occurrence of

overtopping is becoming more frequent. In addition, the anthropic pressure due to

urban growth in this region is demanding intervention acts in the coastline in order to

minimize events like this, which quite often can cause damage to the natural and

artificial structures of the beach. In the present paper, the risk of overtopping at three

points of the adherent protection structure is evaluated, where one may observe

average overflowing rates of up to 7.7 l/s/m between 2000 and 2018.

Keywords: Overtopping, Run-up, Coastal Modelling, Vagueira beach.

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AGRADECIMENTOS

Um agradecimento especial à Dr. Juana Fortes, chefe do Departamento de

Hidráulica Ambiental – Núcleo de Portos e Estruturas Marítimas do Laboratório

Nacional de Engenharia Civil (LNEC – DHA/NPE) e a Professora Ada Cristina

Scudelari, do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio

Grande do Norte (UFRN – DEC). Ambas são referência e inspiração pessoal e

profissional, devido a imensa experiência, capacidade de orientação e de transmitir

ensinamentos. Obrigado pela paciência e por acreditarem em mim.

Obrigado ao Professor Venerando Amaro, que apesar de não estar na lista de

orientadores, teve uma função similar e papel fundamental no desenvolvimento das

minhas habilidades e de norteio acadêmico e profissional. Integrante da banca

avaliadora desse trabalho juntamente com Ana Marcelino, é uma honra imensa para

mim ter profissionais com tamanha experiência avaliando meu trabalho.

Agradeço a minha família por me providenciar todas as condições que

necessitei para minha formação, além de todo o suporte emocional.

Agradeço a Agência Portuguesa do Ambiente (APA), por fornecer boa parte

dos dados necessários para as modelagens realizadas neste trabalho, assim como o

LNEC e seu pessoal, que me receberam de maneira surpreendente e me

forneceram tudo que precisei para a realização dos trabalhos.

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1 INTRODUÇÃO

O impacto das alterações climáticas na zona costeira tem-se manifestado de

diferentes formas, seja através da subida do nível médio do mar seja devido ao

aumento, em número e em intensidade, de eventos severos causadores de

inundação costeira (Raposeiro et al., 2010). Com isso, torna-se cada vez mais

desafiadora a gestão costeira destas zonas, exigindo esforços e ações firmes no

sentido de prever com adequada antecedência os danos em estruturas naturais, tais

como dunas, falésias e a própria faixa de areia, ou em estruturas artificiais, tais

como as de defesa costeira ou mesmo os edifícios aí situados.

Uma das zonas em que este problema se coloca com relevância é a praia da

Vagueira, situada a cerca de 9 km a sul do molhe sul da Barra de Aveiro, no

Município de Vagos, distrito de Aveiro, Figura 1. Esta praia possui uma defesa

frontal aderente com cerca de 620 m de comprimento, constituída por enrocamento,

cuja construção se iniciou em 1978, e é protegida, na sua extremidade sul, por um

esporão com cerca de 140 m de comprimento e orientação WNW. Existe também,

para sul deste, a cerca de 1.2 km, um segundo esporão do mesmo tipo, com o

comprimento de 160 m e a mesma orientação.

Figura 1 – Mapa de localização da praia da Vagueira

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Esta praia tem vindo ao longo dos anos a sofrer uma diminuição significativa e

sucessiva da largura de praia emersa. O seu areal, em tempos extenso, tem vindo a

desaparecer e os galgamentos têm sido cada vez maiores e mais frequentes (LNEC

et al., 2017). Ainda recentemente, em 2015, efetuou-se uma nova intervenção para a

proteção costeira desta zona com a criação de um passeio marítimo sobre a defesa

frontal aderente, reconstruída em 2008. A par disto, o crescimento urbanístico

associado a esta praia de referência do distrito de Aveiro deu-se ao mesmo tempo

que a área de uso balnear foi decrescendo, Figura 2. A extensão dos molhes da

barra de Aveiro (em 2011-2012) tem agravado e condicionado a alimentação natural

da praia e a linha de costa sofreu um recuo significativo. A subida do nível do mar

coloca esta zona da costa portuguesa numa das mais vulneráveis no que respeita a

galgamentos (LNEC et al., 2017).

Figura 2 – Área urbanizada da zona da Praia da Vagueira (Fonte: http://portugalfotografiaaerea.blogspot.com)

Para tentar travar o processo erosivo e diminuir o risco de galgamentos

verificados frequentemente na praia da Vagueira, foi proposta a construção de um

quebra-mar destacado multifuncional. Esse quebra-mar teria ainda a função de

melhorar as condições locais de agitação marítima, induzidas pela obra marítima,

para a prática de surf.

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Está assim em curso um estudo para a Agência Portuguesa do Ambiente, I.P.

(APA) intitulado “Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar

destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira”, que tem como objetivo a

caracterização e a definição de parâmetros de dimensionamento e localização de

um quebra-mar destacado, em frente à praia da Vagueira, para responder aos

objetivos atrás definidos (Sancho et al., 2019).

Nesse âmbito, uma das primeiras tarefas desse estudo é a caraterização da

situação atual, isto é, a avaliação do risco de galgamento na praia da Vagueira na

situação atual (sem quebra-mar destacado), recorrendo à metodologia com a

metodologia habitualmente usada no LNEC (Poseiro et al., 2013). Com base numa

série longa de dados de agitação marítima na zona em estudo e utilizando fórmulas

empíricas para o cálculo do galgamento em vários troços da praia, o risco ao

galgamento é calculado em termos de grau de risco, que é dado pelo produto entre

o grau de probabilidade de ocorrência de um galgamento superior a um determinado

valor-limite, considerado admissível, e o grau de consequências associadas à

transposição desse valor-limite Figura 3. O estabelecimento dos caudais críticos de

galgamento tem em conta a natureza das atividades e infraestruturas desenvolvidas

na zona abrigada. No presente trabalho, apesar de o galgamento poder afetar

diversas atividades naquela zona, apenas se vai considerar as consequências do

mesmo para peões que circulem na zona.

Figura 3 – Episódio de ocorrência de galgamentos na estrutura aderente durante a tempestade Dóris, em 27 de Fevereiro de 2017 (Fonte: LNEC)

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2 METODOLOGIA

A metodologia adotada neste trabalho para a zona da Vagueira foi

semelhante à aplicada por Raposeiro & Ferreira (2011) e Poseiro et al., (2013). Esta

baseia-se nas seguintes fases:

Caracterização da agitação marítima ao largo e em diferentes locais ao

longo da praia da Vagueira.

Com base em cerca de 18 anos (de 2000 a 2018) de dados de agitação

marítima (altura significativa Hs, período de pico Tp, e direção média Dir), fornecidos

pelo modelo numérico de previsões reconstituição da agitação marítima (WAM,

Hasselmann et al., 1973), obtidos através do Centro Europeu de Previsão

Meteorológica a Médio Prazo (ECMWF), efetua-se a propagação desses dados para

pontos em frente à praia da Vagueira, com o modelo de propagação de ondas

SWAN – Simulating Waves Nearshore (Booij et al., 1999), e aí estabelecem-se

regimes de agitação marítima.

Cálculo do espraiamento e do galgamento.

São aplicadas fórmulas empíricas, Mase et al. (2013), para a determinação do

espraiamento (run-up/galgamento), ao longo de três perfis estabelecidos em frente à

praia da Vagueira, o que permite o cálculo do caudal médio galgado na zona

protegida, considerando os 18 anos de dados de agitação marítima obtidos no ponto

correspondente a cada perfil. A metodologia de Mase et al. (2013) inclui o cálculo do

espraiamento e do caudal médio galgado por metro linear de estrutura. A sua

aplicação implica que sejam conhecidas as características físicas da estrutura de

proteção e da praia.

Avaliação do risco de galgamento e inundação, recorrendo à

metodologia de Poseiro et al. (2013). As etapas consideradas são:

Primeiramente inicia-se a divisão do local de estudo em subzonas, atendendo

ao perfil transversal da estrutura e ao tipo de utilização da zona protegida pela

estrutura e consequente variabilidade do caudal médio admissível de galgamento.

Segue-se o estabelecimento dos caudais críticos de galgamento associados a

cada secção de estrutura analisada, tendo em conta a natureza das atividades

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desenvolvidas na zona abrigada. Estes limiares devem ser estabelecidos com base

nas recomendações de Pullen et al. (2007) e em informação local fornecida pelas

autoridades. Para o caso de pessoas, apresenta-se os caudais máximos admissíveis

na Tabela 1.

Tabela 1 – Valores do caudal médio de galgamento admissível para pessoas

(Neves, 2013; adaptado de Pullen et al., 2007)

Condições e tipo de danos Caudal médio q (l/s/m)

Pessoal treinado, com equipamento e calçado adequado, com perceção de que se pode molhar. O galgamento gera escoamentos de pouca altura, sem jatos de água a cair, perigo reduzido de queda para o mar.

1-10

Pessoas cientes, com visão clara do mar, que não ficam facilmente perturbadas ou assustadas, capazes de tolerar o facto de ficarem molhadas, que se deslocam numa zona larga.

0.1

Pessoas totalmente desprevenidas, que não conseguem observar a agitação incidente, que podem facilmente ficar assustadas ou perturbadas, com vestuário inapropriado para se molharem ou que se desloquem numa zona estreita ou propícia a tropeções e quedas.

0.03

Segue-se depois o cálculo da probabilidade de ocorrência de galgamentos

não admissíveis, com base na resposta da estrutura à agitação incidente (séries

temporais do caudal médio galgado nos diferentes perfis da estrutura e nos limites

admissíveis para cada tipo de atividade). Por simplificação, a classificação dessa

probabilidade é efetuada tendo em conta os graus definidos em Pullen et al. (2007),

Tabela 2;

Tabela 2 – Tabela de Probabilidades de Ocorrências (Raposeiro et al., 2010, Raposeiro & Ferreira, 2011)

Descrição Probabilidade de (Ocorrência)

Grau

Improvável 0-1 % 1

Raro 1-10 % 2

Ocasional 10-25 % 3

Provável 25-50 % 4

Frequente > 50 % 5

A avaliação do grau de consequências de ocorrência de um caudal acima dos

limites definidos para cada secção de estrutura (Poseiro et al., 2013). As

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consequências fundamentam-se nas características mais significativas e sensíveis

das zonas costeiras, Tabela 3.

A identificação dos valores naturais mais importantes e das áreas de elevada

sensibilidade socio-económico-cultural, considera uma série de critérios: os habitats

com reconhecido valor ecológico, o uso do solo, a densidade de construção à

localização dos edifícios e de outros valores únicos, relativamente ao elemento

causador do risco.

Os valores dos graus de consequência foram relacionados com a

probabilidade de ocorrência. Sendo assim, o risco de consequências muito sérias,

mas com baixa probabilidade de ocorrência, pode ter menor relevância que riscos

com consequências reduzidas, mas com elevada probabilidade de ocorrência.

Portanto, a avaliação do risco deve levar em conta ambos os fatores.

Tabela 3 – Tabela de consequências da inundação (Raposeiro & Ferreira, 2011)

Descrição Consequências (Guia de Orientação) Grau

Insignificantes

Locais com características geotécnicas relativamente estáveis; praias de areia natural, locais ocupados por habitats de reduzido valor ecológico; caminhos locais ou valas de drenagem.

1

Reduzidas

Locais com solos de características geotécnicas fracas ou possuindo alguma vegetação do tipo arbustivo ou outro que lhe confira alguma estabilidade; áreas ocupadas por habitats em condições fitossanitárias débeis.

2

Sérias

Locais com infraestruturas de proteção costeira; locais com estruturas para atividades económicas relevantes; locais com características geotécnicas muito fracas, pouco estáveis e de reduzida resistência à desagregação; áreas ocupadas por habitats com algum interesse ecológico.

5

Muito sérias

Locais com ocupação humana permanente (zonas urbanas planeadas); locais com características geotécnicas muitíssimo fracas, muito instáveis e de muito reduzida resistência á desagregação, sem vegetação estabilizadora; locais com elementos naturais de grande valor cuja perda seria difícil de compensar.

10

Catastróficas Locais com ocupação humana permanente; locais absolutamente únicos e de enorme valor e cuja perda seria irreparável; sistema praia - duna.

25

10

A obtenção do grau de risco para cada subzona através do produto entre o

grau da probabilidade de ocorrência e o grau de consequências de ocorrência de

galgamentos, não admissíveis, Tabela 4.

Grau de risco = Grau de probabilidade de ocorrência * Grau de

consequências

Tabela 4 – Tabela de risco de inundação costeira (Raposeiro & Ferreira, 2011)

Grau de Risco Consequências

1 2 5 10 25

Probabilidade de Ocorrência

1 1 2 5 10 25

2 2 4 10 20 50

3 3 6 15 30 75

4 4 8 20 40 100

5 5 10 25 50 125

Na Tabela 5 é feita uma avaliação da aceitabilidade do grau de risco,

classificado em insignificante, reduzido, indesejável e inaceitável, o qual é

relacionado com as medidas que devem ser executadas.

Tabela 5 – Controlo do risco de inundação costeira (Raposeiro & Ferreira, 2011)

Grau Descrição Controlo de Risco (Guia de Orientação)

1-3 Insignificante Risco desprezável; não é preciso levar a cabo medidas de controlo de risco.

4-10 Reduzido

Risco que pode ser considerado aceitável/tolerável caso se selecione um conjunto de medidas para o seu controlo, possíveis danos materiais de pequena dimensão.

15-30 Indesejável

Risco que deve ser evitado se for razoável em termos práticos; requer uma investigação detalhada e análise de custo-benefício; é essencial a monitorização.

40-125 Inaceitável

Risco intolerável; tem que se proceder ao controlo do risco (e.g. eliminar a origem dos riscos, alterar a probabilidade de ocorrência e/ou as consequências, transferir o risco, etc.).

A metodologia é resumida na Figura 4 e será aplicada para três zonas da

praia consideradas representativas da praia da Vagueira

11

Figura 4 - Metodologia sintetizada (Poseiro et al. 2013)

3 AGITAÇÃO AO LARGO E EM FRENTE À PROTEÇÃO COSTEIRA

Para avaliar as características da agitação marítima local, idealmente seria

necessário a existência de dados de boia-ondógrafo no local. Porém, não há dados

deste tipo disponíveis para a zona da praia da Vagueira, pelo que se considerou

neste trabalho recorrer a modelos de reconstituição da agitação marítima (hindcast)

juntamente com modelos de propagação de ondas, como alternativa mais viável.

Para isso, são necessários, para além dos dados de agitação marítima ao largo

fornecidos pelo modelo hindcast, dados de marés e de batimetria da área de estudo.

Neste caso recorreu-se às estimativas fornecidas do ECMWF, provenientes

do modelo de previsão e reanálise WAM, para um período de 38 anos consecutivos

(de 1979 a 2018), de 6 em 6 horas, para o ponto L, ver Tabela 6, ao largo, embora

somente 18 anos consecutivos (de 2000 a 2018), obtidos de 3 em 3 horas, tenham

sido transferidos do largo para os pontos costeiros, em frente à praia da Vagueira.

Para estas transferências, os dados de marés foram obtidos através do modelo

XTide, Flater (1998).

Tabela 6 – Localização e profundidade dos pontos de análise

Ponto X (m)

ETRS89 Datum73

Y (m) ETRS89 Datum73

Latitude (º) WGS84

Longitude (º)

WGS84

Batimétrica (m) (ZH)

L -71188.00 183398.00 41°19’00.00”N 8°59’00.00”W 85.00

P10 -54780.00 99381.25 40°33'41.30"N 8°46'47.75"W 8.32

P5 -54126.00 99318.27 40°33'39.43"N 8°46'19.94"W 3.08

P20 -57471.00 99200.00 40°33'32.23"N 8°48'42.09"W 18.26

Avaliação do Risco(Raposeiro et al, 2010) (Raposeiro & Ferreira, 2011)

Cálculo do Run-up e Galgamento(Mase et al. 2013)

Propagação Para a Junto à CostaSWAN (Booij et al. 1999)

Caracterização da Agitação MarítimaAo largo WAM - ECMWF

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Os valores de agitação ao largo referentes a 18 anos consecutivos (de 2000 a

2018) foram transferidos para a zona costeira com o modelo numérico SWAN, mais

concretamente para três pontos situados nas batimétricas de -10, -5 e -20 m (ZH),

designados, respetivamente, por P10, P5 e P20. Obtêm-se assim os regimes gerais

observados nos referidos pontos P10, P5 e P20.

3.1 Caracterização da agitação ao largo

Utilizando as estimativas ECMWF, no período de 2000 a 2018, de Hs (altura

significativa), Tp (período de pico) e Dir (Direção média de pico) no ponto ao largo

(ponto L), apresenta-se na Figura 5 a rosa de ventos e na Tabela 7 os parâmetros

estatísticos das séries de Hs, Tp e Dir, além da rosa de distribuição conjunta de Hs-

Dir, conforme apresentado a seguir.

Figura 5 – Regime geral observado ao largo. Distribuição conjunta de Hs–Dir. Dados do ECMWF de 1 de janeiro de 1979 a 31 de dezembro de 2018

Tabela 7 – Regime geral observado ao largo. Estatísticas das séries totais de Hs, Tp

e Dir, ao largo, com base em dados estimados pelo ECMWF (de 1 de janeiro de 1979 a 31 de dezembro de 2018)

Parâmetros Hs (m) Tp (s) Dir (º)

Média 2.04 11.10 291.5

Mediana 1.82 11.17 304.0

Moda 1.49 12.28 301.4

Desvio-padrão 0.96 2.45 65.0

Curtose 2.49 -0.23 11.10

Assimetria 1.33 -0.09 -3.20

Intervalo 9.42 16.2 360.0

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Mínimo 0.40 3.6 0.01

Máximo 9.82 19.8 360.0

Contagem 58076 58076 58076

O regime geral de agitação marítima ao largo caracteriza-se por alturas

significativas de onda entre 0.4 e 9.82 m, sendo a sua maioria concentrada entre 1 e

4 m, com a gama mais frequente entre 1 e 2 m. Os períodos de pico variam entre

3.6 e 19.8 s, com média de 11.1 s. Os períodos, na sua maioria, apresentaram

valores entre 7 e 11 s. As direções médias estão compreendidas entre 180° e 360°,

ou seja, entre os quadrantes S e N.

3.2 Caracterização da agitação na praia

A propagação de ondas do largo para a costa foi modelada utilizando o

modelo numérico espectral SWAN. Em termos computacionais, o domínio de cálculo

foi discretizado em duas malhas retangulares, Figura 6, encaixadas, com diferentes

dimensões e resolução, sendo a malha exterior, de maior dimensão, com 1235 km²

e resolução espacial de ∆x = ∆y = 200 m. A segunda malha abrange uma área de

cerca de 260 km² e tem resolução espacial de ∆x = ∆y = 100 m.

A batimetria utilizada para cada malha foi construída com base em dados

batimétricos levantados em campo, e foi interpolada utilizando o software Surfer 8TM,

através do método Krigging. Na Figura 6 estão esquematizados a composição das

malhas, sendo a mais refinada representada a cor mais escura, e o mapa

tridimensional do fundo, encontrando-se também indicados os pontos, a vermelho,

onde foram extraídos os resultados do modelo numérico.

Tabela 8 – Características das malhas configuradas para o SWAN.

Malhas Δx (m)

Δy (m)

Comprimento Total xx (m)

Comprimento Total yy (m)

Número de elementos na direção

xx

Número de elementos na direção

yy

Malha 1 200 100 38000 32500 200 200

Malha 2 100 100 15800 16500 100 100

14

Figura 6 – Batimetrias da zona em estudo e malhas batimétricas e computacionais

As condições de fronteira na malha exterior foram definidas com base nos

dados estimados pelo ECMWF no ponto ao largo (L), tendo os dados de forçamento

sido inseridos nas fronteiras oeste, norte e sul. Os fenómenos físicos considerados

no modelo foram a refração, difração, interação onda-onda tripla e a rebentação

induzida pelo fundo, entre outros.

Os resultados, obtidos através do SWAN, foram extraídos num total de 30

pontos; no entanto, apenas três pontos foram considerados como representativos

neste trabalho. Estes pontos (P5, P10 e P20) correspondem às cotas batimétricas

de -5, -10 e -20 m (ZH), respetivamente. Notar que a batimetria junto à costa não

sofre nenhuma variação significativa, pelo que as características de agitação não

variam significativamente entre pontos ao longo da mesma cota batimétrica, ao

longo dos 620 m da praia.

Na Figura 7 apresenta-se a distribuição conjunta Hs-Dir e na Tabela 7

apresentam-se os parâmetros estatísticos das séries de Hs, Tp e Dir, nos pontos

P20, P10 e P5.

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P20 P10 P5

Figura 7 – Regime geral observado nos pontos P20, P10 e P5. Distribuição conjunta de Hs–Dir. Dados do ECMWF de 1 de janeiro de 2000 a 31 de dezembro de 2018.

Tabela 9 – Regime geral observado na praia da Vagueira. Estatísticas das séries totais de Hs, Tp e Dir, nos pontos P20, P10 e P5

Parâmetros estatísticos

P20 P10 P5

Hs Tp Dir Hs Tp Dir Hs Tp Dir

Média 1.99 10.8 304.1 1.90 10.8 297.7 1.63 10.8 297.8

Mediana 1.74 10.9 304.0 1.68 10.9 296.0 1.66 10.9 298.0

Moda 0.00 12.1 304.0 0.00 12.1 288.0 0.00 12.1 294.0

Desvio-padrão 1.03 2.7 24.4 0.93 2.7 18.3 0.57 2.7 13.7

Variância da amostra 1.07 7.5 593.9 0.86 7.4 334.2 0.33 7.3 186.3

Curtose 3.25 -0.5 0.8 0.29 -0.5 0.5 -0.67 -0.5 1.6

Assimetria 1.48 0.2 -0.6 0.88 0.2 -0.3 -0.17 0.2 -0.8

Mínimo 0.00 3.9 188.0 0.00 3.9 210.0 0.00 3.9 228.0

Máximo 8.60 20.3 358.0 5.13 20.3 358.0 3.12 20.3 338.0

Para o ponto P20, foi observado que as alturas significativas de onda estão

entre 0 e 8.6 m, sendo a média de aproximadamente 2.0 m. A maioria dos valores,

mais de 95%, estão abaixo dos 4 m de altura, sendo a gama mais frequente entre 1

e 2 m. Os períodos de pico apresentaram valores entre 3.9 s e 20.3 s, com média de

10.79 s; porém, grande parte dos casos apresentaram valores de período médio de

onda entre 5 s e 11 s. As direções de onda estão compreendidas entre 188° e 358°.

Para o ponto P10 foi observado que as alturas significativas de onda estão

entre 0 m e 5.13 m, sendo a média de aproximadamente 1.9 m. A maioria dos

valores, mais de 85%, estão abaixo de 3 m de altura, sendo a gama mais frequente

entre 1 m e 2 m. Os períodos de pico apresentaram valores entre 3.9 s e 20.3 s, com

média de 10.81 s, mas grande parte dos casos apresentaram valores de período

16

médio de onda entre 5 s e 11 s. As direções de onda estão compreendidas entre

210° e 358°.

Para o ponto P5 foi observado que as alturas significativas de onda estão

entre 0.0m a 3.12 m, sendo a média de aproximadamente 1.63 m. A maioria dos

valores, mais de 99%, estão abaixo de 3 m de altura, sendo a gama mais frequente

entre 1 m e 2.0 m. Os períodos de pico apresentaram valores entre 3.9 s e 20.3 s,

com média de 10.81 s, mas grande parte dos casos apresentaram valores para o

período médio de onda entre 5 s e 11 s. As direções de onda estão compreendidas

entre 228° e 338°.

O que se pode inferir após a avaliação desses resultados é a redução do

limite de altura significativa à medida que nos aproximamos da praia, além do

estreitamento do espectro de direções de onda prováveis. A primeira questão reside

no facto de às cotas de -5 m (ZH) e -10 m (ZH) já haver rebentação, pelo que aí se

limita a possibilidade de haver ondas maiores que 5 m para o ponto P10 e que 3 m

no ponto P5. Quanto a direções, estas estreitam com a aproximação à costa devido

à interação com o fundo e seus efeitos, tais como difração e refração.

4 CARACTERIZAÇÃO DO GALGAMENTO

4.1 Metodologia Mase et al. (2013)

Para a análise do galgamento na Praia da Vagueira, recorreu-se às fórmulas

empíricas desenvolvidas por Mase et al. (2013) para o cálculo do espraiamento e

galgamento de estruturas de defesa costeira cujo pé da estrutura se encontra

emerso ou águas poucas profundidades, como é o caso da Vagueira. O modelo

fornece o espraiamento e o caudal médio galgado por metro linear de estrutura

(l/s/m).

Aqueles autores utilizaram um conjunto de dados provenientes de ensaios em

modelo físico, onde foram simuladas três praias com diferentes estruturas de

proteção. Depois de compiladas as fórmulas de espraiamento e galgamento de

vários autores, foi proposta a utilização das características das ondas em águas

profundas como dado e adotado o conceito de declive imaginário (Mase et al.,

2013).

17

A estimativa de um declive imaginário proposta inicialmente por Saville

(1958), apresentada na Figura 8, advém do facto de, maioritariamente, o declive das

estruturas de proteção não ser uniforme.

Figura 8 - Esquema da reformulação do declive imaginário

Por declive imaginário entende-se uma linha que liga dois pontos, um no pé

do talude onde se dá a rebentação (hB) e outro no limite do run-up (Saville, 1958).

Como é necessário conhecer o run-up para se calcular o declive imaginário e vice-

versa, o declive imaginário, reformulado por Mase et al. (2013), é determinado

através da fórmula:

1

𝑡𝑎𝑛 𝛽𝑐𝑜𝑡𝛽 =

2𝐴𝑟𝑒𝑎

(ℎ𝐵+𝑅)2 (22)

em que a tan β representa o declive imaginário, A é a área transversal da estrutura e

da faixa litoral submersa (entre o local de rebentação das ondas e o nível de run-up),

hB é a profundidade da água no ponto de rebentação da onda e o R representa o

run-up para ondas regulares.

A profundidade de rebentação, h𝑏, é obtida pelo modelo de transformação de

ondas de Mase & Kirby (1993) para ondas irregulares (Mase et al., 2013). Este

modelo diz respeito a perfis com fundos de declive constante de 1:10, 1:20, 1:30 e

1:100, e é representado sob forma de um diagrama adimensional de profundidade

de rebentação, d𝑏/𝐻𝑜 , versus a declividade da onda ao largo, 𝐻𝑜/𝐿𝑜 , para os

diferentes declives.

As equações seguintes, apresentadas na Tabela 10, para o cálculo do run-up,

foram formuladas através de dois conjuntos de ensaios de dados experimentais para

18

o cálculo do run-up e do caudal galgado para estruturas de proteção aderentes. Na

Tabela 11, seguinte, apresentam-se as condições de aplicação das fórmulas de

Mase et al. (2013).

Tabela 10 – Fórmulas para determinar o caudal galgado para praias com estrutura

de proteção aderentes (Mase et al. 2013)

Fórmulas Condições de

aplicação

Run-up

R2% = H0 * (2.99 – 2.73exp (- 0.57 tanβ / √𝐻0/𝐿0)) 0.2 <

𝑡𝑎𝑛𝛽

√𝐻0/𝐿0 <0.4

aprox (23)

R1/10 = H0 * (2.72 – 2.56exp – 0.58 tanβ / √𝐻0/𝐿0) 0.009 < √𝐻0/𝐿0 <

0.06 (24)

R1/3 = H0 * (2.14 -2.18exp (-0.70*(tanβ / √𝐻0/𝐿0))) - 0.37 < h / H0 < 0.53 (25)

(Rmáx)37%,100 ≈ 1.52 R1/3 ≈ 1.09 R2% (26)

(Rmáx)99%,100 ≈ 2.15 R1/3 ≈ 1.54 R2% (27)

Caudal Galgado

q = 0 Rmáx ≤ RC (28)

q=√𝑔𝐻03 * [0.018*(Rmáx /H0)3/2 *{1-(RC/H0) /(Rmáx/

H0)}3.2

0 ≤ RC < Rmáx (29)

q = 0 Rmáx ≤ RC (30)

q=√𝑔𝐻03 * [0.018*(Rmáx /H0)3/2 *{1-(RC/H0) /(Rmáx/

H0)}6.2

0 ≤ RC < Rmáx (31)

Tabela 11 – Condições de aplicação na formulação de Mase et al. (2013)

Condição Valor

Escala do modelo 1/45; 1/50

Altura de onda 3,8 – 12,82 (cm)

Período de pico 0,8s – 2,1 (s)

Declive da onda H0/L0 0,009 – 0,06

Profundidade da água 40,0; 42,5; 43,0; 45,0 (cm)

Declive do fundo do mar tanθ 1/10; 1/20; 1/30

Declive da estrutura de proteção cot α

0,5; 3,0

Segundo Pullen et al. (2007), é necessário fazer uma correção do valor de

Rmáx antes de calcular o caudal galgado por metro linear de estrutura , de forma a

19

contemplar o nível de permeabilidade e a rugosidade da estrutura. Caso exista uma

berma de coroamento permeável, de largura Gc, é aplicado um coeficiente de

correção de redução do galgamento (Cr).

Cr=3.06×e−1.5×Gc

Hm0 (32)

Cr = 1 se Cr > 1 ou 𝐺𝑐

𝐻𝑚0

< 0.75 (33)

sendo que o caudal final (QS) é dado por:

Qf = q * Cr (34)

Para se obterem os resultados pretendidos fornecidos pelo modelo, são

necessários quatro inputs: i) os dados referentes às condições de forçamento, que

no caso presente são as características de agitação fornecidas pelo modelo SWAN

no ponto na cota de -10 m (ZH); ii) as condições de fronteira, onde são inseridas as

condições iniciais, tais como a cota batimétrica referente ao ponto onde se obteve os

dados determinados pelo modelo SWAN, bem como a largura e a cota máxima do

coroamento da estrutura e o declive do fundo (1:100), além do método de cálculo; iii)

os dados da estrutura, contendo a discretização dos pontos notáveis do perfil da

estrutura; e, por fim, iv) a matriz de valores dos resultados de Mase & Kirby (1993).

A aplicação deste programa necessita de algumas considerações sobre a

geometria do perfil, dado que não existe um ponto definidor do pé da estrutura.

Assim, a convenção da origem do perfil, x = 0 m, deve ser tal que abranja toda a

zona de rebentação, para a gama de alturas de ondas a estudar, traduzida pelas

diversas profundidades de rebentação, hB.

4.2 Cálculo do galgamento

Para a área de estudo, foram considerados três perfis, sendo um junto ao

esporão (designado na Figura 9, abaixo, por PS), um no fim da estrutura aderente

(PN) e um terceiro entre esses dois (PC). Na Figura 9 apresenta-se a disposição

desses perfis em relação à praia e na Figura 10, mostra-se a representação

simplificada desses três perfis.

20

Figura 9 - Perfis utilizados para os cálculos

Figura 10 - Perfis PS, PC e PN

Com base nestes perfis, é possível a determinação do ângulo do perfil de

praia, da cota do coroamento, da largura da berma de coroamento, da inclinação da

estrutura e de outros parâmetros gerais necessários à aplicação das fórmulas

empíricas.

De entre esses parâmetros refira-se que se considerou o método 2, em que

Rmax = Rmax.99%,100% (run-up não excedido em 99% dos casos de 100 ondas) e

que para o grau de permeabilidade do talude (𝛾𝑓) se adotou o valor de 1.

Os dados de agitação marítima (Hs, Tp e Dir) considerados foram obtidos no

ponto P5 para o período de dados considerado, de 2000 a 2018.

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100 120 140

Perfil P5n

21

Em resumo, consideraram-se os dados de entrada para a aplicação das

fórmulas empíricas de Mase et al. (2013) apresentados na Tabela 12.

Tabela 12 – Inputs do modelo de Mase et al., 2013, para os perfis em questão.

Parâmetro PS PC PN

𝐻𝑚 (m) 𝐻𝑚0,𝑃06 𝐻𝑚0,𝑃06 𝐻𝑚0,𝑃06

𝑇𝑚−1,0 (s) 𝑇𝑚−1,0,𝑃06 𝑇𝑚−1,0,𝑃06 𝑇𝑚−1,0,𝑃06

𝛾𝑓(-) 1 (Considerando que a areia se encontra totalmente

molhada) Cota (m) 10.08 10.09 10.74

𝐺𝑐 (m) 0 0 0

𝛽𝑓(°) 4.47° 5.84° 7.08°

tan (α) (-) 1:100 1:100 1:100

Método 2 2 2

Os resultados da aplicação das fórmulas de Mase para o cálculo do caudal

médio galgado por metro linear da estrutura são apresentados na Figura 11, na

Figura 12 e na Figura 13 abaixo, para os três perfis PS, PC e PN respetivamente.

Figura 11 - Caudal médio galgado no perfil PS

Figura 12 - Caudal médio galgado no perfil PC

22

Figura 13 - Caudal médio galgado no perfil PN

Como as condições de agitação marítima e a cota de coroamento da estrutura

foram todas muito semelhantes, a diferença do caudal médio galgado entre os perfis

foi ínfima. Apenas o perfil PN, por possuir uma faixa de areia mais estreita,

apresentou valores ligeiramente mais acentuados, quando comparado com os

outros perfis.

O caudal médio máximo verificado correspondeu a, aproximadamente, 7.76

l/s/m para o perfil PN, 7.27 l/s/m para o perfil PC e 7.4 l/s/m para o perfil PS. Estes

valores estão abaixo do que uma pessoa treinada, Tabela 1, com calçado

apropriado, pode suportar sem grandes riscos de queda ao mar. Contudo,

galgamentos com essas magnitudes já podem ser perigosos para pedestres cientes,

com conhecimentos de mar e com a noção de que podem se molhar, assim, como,

principalmente, para pessoas não cientes do perigo ou distraídas.

Em termos de validação, existe alguma falta de registos históricos para a

praia da Vagueira. Contudo, a Error! Reference source not found., de 27 de

fevereiro de 2017, mostra os efeitos do galgamento sobre a estrutura aderente nesta

praia durante a tempestade “Dóris”. É também possível traçar um paralelo com a

tempestade “Hércules”, de janeiro de 2014, que foi devastadora para toda a costa

portuguesa, incluindo para a praia da Vagueira.

Ambos os casos foram verificados nos resultados do modelo, sendo o período

da tempestade Hércules responsável pelo segundo maior valor do caudal médio

galgado, atingindo 7.7 l/s/m no perfil P5n, no dia 6 de janeiro de 2014, tendo o

mesmo parâmetro, na tempestade Dóris, atingido 1.8 l/s/m, no dia 2 de fevereiro de

2017.

23

5 AVALIAÇÃO DO RISCO DO GALGAMENTO

Para o caso de estudo, considerou-se um conjunto de limites admissíveis de

caudal médio galgado para a situação de pedestres que utilizam o passeio, ao lado

do coroamento da estrutura de proteção aderente na Vagueira. Os valores

considerados para os limites foram 0.1, 1 e 5 l/s/m e determinou-se com a

probabilidade de ocorrência de caudais superiores a esses valores para os três

perfis associando-se o grau de ocorrência correspondente, Tabela 13.

Quanto às consequências para pessoas que circulem no passeio ao lado da

estrutura de proteção aderente, admitiu-se o grau 2 (reduzidas), 5 (sérias) e 10

(muito sérias) correspondente aos três limites atrás indicados.

Tabela 13 – Cálculo do risco de galgamento para os perfis avaliados.

Os resultados obtidos indicam que, apesar se verificar a ocorrência de alguns

valores bastante elevados do caudal médio galgado, a frequência de galgamentos é

relativamente baixa. Com base nos valores admitidos como limites para o caudal

médio de galgamento e com base nas consequências associadas à ultrapassagem

desses valores-limite, obteve-se o grau de risco para pedestres de 10, que é o limite

superior para ser considerado reduzido.

6 CONCLUSÕES

Neste trabalho, apresentou-se a avaliação do risco associado à ocorrência de

galgamentos na defesa frontal da praia da Vagueira, Portugal. Foram avaliados três

Caudal médio

galgado (l/s/m) maior que

Probabilidades de ocorrência

Grau de ocorrência

Consequências /Grau

Risco

PS PC PN

0.1 1.14% 1.62% 1.68% 2 Reduzidas/2 4

1 0.10% 0.18% 0.20% 1 Sérias/5 5

5 0.006% 0.01% 0.01% 1 Muito Sérias/10 10

24

perfis topográficos, englobando a faixa de areia desta praia até o coroamento da

estrutura de defesa frontal aderente.

Num ponto representativo do regime de agitação marítimo para esta praia,

avaliaram-se os regimes de agitação, necessários para os cálculos de espraiamento

e galgamento. Para isso, recorreu-se a dados globais de agitação fornecidos pelo

European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) e ao modelo de

propagação de ondas SWAN (Booij, 1999).

Com base nos regimes junto à costa, efetuaram-se os cálculos dos

galgamentos utilizando as formulações do modelo desenvolvido por Mase et al.

(2013). Devido ao facto de os perfis serem similares, possuindo cotas de

coroamento semelhantes, os resultados numéricos dos galgamento obtidos nos três

pontos também foram semelhantes. As estimativas do caudal médio galgado

relacionaram-se positivamente com os registos histórico de galgamentos ocorridos

nesta praia (nomeadamente referentes às tempestades Dóris e Hércules),

evidenciando a eficácia do modelo para estes casos.

Após a definição dos caudais médios galgados, seguindo os critérios de

Pullen et al. (2007) e Raposeiro & Ferreira (2011), estabeleceu-se o correspondente

grau de risco associado aos galgamentos no coroamento da estrutura frontal

aderente, avaliando principalmente o risco das pessoas em trânsito na zona

adjacente desta. Finalmente, verificou-se que, nos perfis estudados, o caudal pode

atingir valores de até 8 l/s/m, que é considerado admissível apenas para pessoal

treinado, com equipamento e calçado adequado, e com perceção de que pode se

molhar (Neves, 2013).

Como desenvolvimentos futuros, sugere-se, para a caracterização da

agitação incidente, a implementação do campo de ventos no modelo de propagação

de ondas. Quanto aos galgamentos, sugere-se pesquisa de mais registos históricos

como objeto de comparação futura com os resultados da modelação. A realização

de modelação para distâncias maiores em relação à cota de coroamento deverá, por

outro lado, ser feita para avaliar os riscos de galgamento nas vias de tráfego de

veículos e nas edificações adjacentes. Relativamente à metodologia de avaliação de

risco, sugere-se uma abordagem mais detalhada na descrição das consequências,

ou seja: para o local objeto de estudo, deverá realizar-se um estudo intensivo de

25

forma a obter-se informação mais detalhada. Por fim, sugere-se a produção de

mapas de inundação.

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