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

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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

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– 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

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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

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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

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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