E FEITOS DE E SCALA E E FEITOS L ABORATORIAIS

Os efeitos de escala em modelos físicos resultam em grande parte da premissa que é a gravidade a força física dominante no equilíbrio das forças de inércia. Baseada neste princípio, a relação de semelhança de Froude despreza as outras forças envolvidas (viscosidade, elasticidade, tensão de superfície, etc.), admitindo que pouco contribuem para os processos físicos. Embora aparentemente insignificantes, os efeitos associados a essas forças existem, podem afectar os resultados e devem ser tomados em conta. Os efeitos de escala podem ser quantificados e, em certos casos, existem métodos empíricos que reduzem as consequências dos efeitos de escala nos resultados do modelo. Os efeitos laboratoriais, por sua vez, estão relacionados com as limitações do modelo. Podem dever-se às restrições induzidas pelas condições de fronteira ou à simplificação do modelo comparativamente ao protótipo.

De acordo com HUGHES (1993), os efeitos de escala e os efeitos laboratoriais em modelos de quebra-mar de taludes podem ter as seguintes origens:

 Viscosidade;

 Densidade da Água;

 Atrito;

 Arejamento.

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FEITOS DE ESCALA ASSOCIADOS À VISCOSIDADE

As forças de viscosidade associadas ao escoamento através do submanto e do núcleo de um quebra-mar são responsáveis por um dos mais importantes efeitos de escala relacionados com modelos físicos deste tipo de estruturas (HUGHES, 1993). Nas escalas normalmente utilizadas em modelos de quebra-mares, a viscosidade não constitui um problema para o manto, já que a dimensão característica dos blocos é suficientemente grande para assegurar um escoamento totalmente turbulento (ou seja, números de Reynolds suficientemente elevados). Nos casos do submanto e do núcleo, contudo, uma escala reduzida da dimensão dos materiais pode tornar a camada pouco permeável, conduzindo a condições de reflexão e transmissão diferentes das que ocorrem no protótipo equivalente. Pode assim verificar-se um número de Reynolds inferior a um valor considerado crítico para evitar efeitos de escala. Nesta situação é aconselhável aumentar a dimensão dos materiais que compõem o núcleo e o submanto.

SAKAKIYAMA e KAJIMA (1990) desenvolveram uma relação teórica entre o coeficiente de estabilidade da Fórmula de Hudson e o coeficiente da Força de arrastamento . Conduzindo ensaios com três modelos de tetrápodos com diferentes massas, chegaram à conclusão de que a força da onda num bloco individual é maior quanto menor for a escala do modelo. Dessa forma, para evitar a interferência dos efeitos de escala associados à viscosidade, os modelos devem ter a maior escala possível. Quando o aumento da escala for impraticável, o controlo deve ser feito através do número de Reynolds. Relativamente à estabilidade do manto, HUGHES (1993) refere que os valores mínimos estão contidos no intervalo , aconselhando a utilização de valores na ordem de . Por seu lado, VAN DER MEER (1988a) recomenda valores mínimos na ordem de , tendo estabelecido para esse estudo valores no intervalo .

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FEITOS LABORATORIAIS ASSOCIADOS À DENSIDADE DA ÁGUA

A maior parte dos modelos de quebra-mar são ensaiados usando água doce em vez de água salgada, de forma a evitar a corrosão dos batedores e outros componentes metálicos do canal. No caso de protótipos em meios salinos, como é o caso de quebra-mares de taludes, pode ser feita uma correcção. Embora HUGHES (1993) refira que a ausência desta compensação pode levar a erros de 10-15%, em estudos em modelo físico não é comum fazer-se esta rectificação.

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FEITOS DE ESCALA ASSOCIADOS AO ATRITO

Os efeitos de escala associados ao atrito do fundo ocorrem em modelos de estruturas costeiras em casos de distâncias de propagação da onda muito grandes. Geralmente, não é o caso dos modelos de quebra-mares, devido à escala de comprimento relativamente elevada. Outro efeito de escala associado ao atrito está relacionado com o atrito de contacto entre blocos adjacentes. Normalmente, em protótipos de quebra-mares, as forças de atrito de contacto são desprezáveis quando comparadas com as forças dominantes, a não ser que a estrutura seja composta por blocos artificiais especialmente projectados para tirar partido da capacidade de imbricamento dos elementos. Para além disso, num modelo físico com uma escala pequena, as forças de atrito entre elementos podem não estar de acordo com o protótipo porque a superfície dos blocos pode ser relativamente mais rugosa do que no caso de blocos a grande escala. Como são poucos os estudos nesta área, a prática mais comum é reduzir o atrito entre elementos tanto quanto possível através da pintura dos blocos. Para além de alisar a superfície, este procedimento tem a vantagem de facilitar a identificação do dano durante os ensaios. Estudos de Hudson e Davidon em 1975 (citados por HUGHES, 1993) referem que blocos com superfícies suaves conduzem a resultados de estabilidade mais conservativos. Os autores fazem também notar que a rugosidade do material do submanto tende a diminuir ao longo do tempo se este for utilizado repetidamente.

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FEITOS DE ESCALA ASSOCIADOS AO AREJAMENTO

Em 1990, Hall (citado por HUGHES, 1993) levou a cabo um programa experimental com o objectivo de analisar o arrastamento e movimento de bolhas de ar através dos vazios de modelos de quebra-mares, causado pela rebentação de ondas directamente sobre a estrutura e pela separação do escoamento através do movimento da água entre os blocos do manto. Hall notou que as bolhas arrastadas não respeitariam a semelhança do número de Weber (relação entre as forças de inércia e as forças de tensão superficial) entre o modelo e protótipo, resultando num excesso de dissipação de energia. Desta forma, a dissipação total da energia no talude será maior do que deveria, afectando as características da rebentação. Este efeito de escala não está ainda suficientemente estudado para permitir a sua quantificação ou o desenvolvimento de técnicas de correcção empíricas.

No documento Estabilidade Hidráulica do Manto de Quebra-mares de Taludes Estudo em Modelo Físico (páginas 47-49)