6.1PRINCIPAIS CONCLUSÕES
O principal objectivo deste estudo passa pela compreensão do impacto de diferentes métodos de colocação na estabilidade do manto resistente de um quebra-mar de taludes composto por tetrápodos. Neste caso específico, os dois padrões estudados têm iguais densidades de colocação. A investigação foi feita com base num estudo em modelo físico bidimensional da secção do tronco de um quebra-mar, no Laboratório de Hidráulica e Recursos Hídricos do Instituto Superior Técnico (IST). Executou-se um total de oito ensaios, com um período de pico e quatro alturas de onda distintas para cada padrão de colocação. O modelo foi submetido à acção de agitação irregular, segundo o espectro de energia de JONSWAP. Os tetrápodos foram colocados à mão a seco numa secção do tronco com um talude de 1:1,5, um pé de talude estável e uma altura suficiente para considerar o galgamento desprezável.
Ao contrário de outros ensaios laboratoriais levados a cabo em Engenharia Civil, particularmente na vertente da Construção, os estudos em modelo físico de estruturas costeiras não estão normalizados. Assim, enquanto outros ensaios obedecem a procedimentos instituídos e pormenorizadamente detalhados, neste tipo de estudos a metodologia vai variando de acordo com os autores e a informação prestada é por vezes vaga e ambígua. Este fenómeno pode ter consequências ao nível da comparação de resultados, uma vez que se torna difícil fazer uma correspondência entre os dados de diferentes estudos.
Este foi o primeiro estudo em modelo físico de um quebra-mar executado no canal de ondas do IST. Uma vez que não existia nenhuma experiência documentada nesta área, foi necessário um longo trabalho de preparação dos ensaios. Assim, para além de toda a pesquisa bibliográfica imprescindível ao enquadramento teórico do projecto, foi necessário conhecer o funcionamento dos equipamentos, estudar e testar os limites operacionais do canal de ondas, planear a configuração do modelo, dispor do material para as diversas partes constituintes do quebra-mar, construir o modelo e, só então, começar a executar os ensaios. Como em qualquer projecto deste tipo, verificaram-se alguns contratempos e imprevistos que condicionaram a progressão do trabalho. O mais grave foi uma avaria do gerador de ondas que provocou a diminuição do número de ensaios inicialmente previsto, com consequências ao nível da limitação das conclusões do trabalho.
É fundamental ter em conta as diferenças entre o modelo e o protótipo. Em estudos em modelo físico é frequente que os investigadores sejam tomados por uma arriscada certeza relativamente aos resultados dos estudos laboratoriais (HUGHES, 1993). Nessa perspectiva, é importante reter que o modelo é uma representação muito limitada da realidade. A equivalência entre o protótipo e o modelo reflecte apenas a proporcionalidade entre as forças dominantes. Por outro lado, os resultados devem ser interpretados tendo em conta as particularidades e as limitações do modelo. No caso em estudo, por exemplo, a redução da escala implica que o escoamento através das camadas interiores do quebra-mar apresente diferenças significativas relativamente aos casos reais (Capítulo 3.1.2). Desse modo, é necessário assegurar que o modelo apresente um Número de Reynolds acima de um valor considerado crítico, que permita desprezar os efeitos de escala associados à viscosidade (Capítulo 3.2.2). Outro exemplo das limitações do modelo está relacionado com as condições de fronteira do canal de ondas, que
levaram a que os blocos adjacentes às paredes não fossem considerados na avaliação do dano, devido às suas diferentes condições de apoio (Capítulo 5.1). Por último, há as diferenças significativas entre a forma de colocação dos tetrápodos no modelo e em obra. Neste projecto, os blocos foram aplicados à mão a seco, enquanto num quebra-mar real são colocados por meio de equipamentos mecânicos com alcance e capacidade de manobra limitadas, num meio com agitação incidente e condições de visibilidade muito inferiores.
Ainda assim, os resultados obtidos sugerem que o modelo é válido para os objectivos estabelecidos, enquadrando-se na gama de resultados de estudos semelhantes. Na Figura 42 e 43 estão sobrepostos os resultados obtidos e a função correspondente à Fórmula de VAN DER MEER (1988b) para o caso de tetrápodos em taludes com inclinação 1:1,5 e condições não limitadas pela profundidade (Equação (13)), para 1000 e 3000 ondas, respectivamente. No cálculo da fórmula de Van der Meer considerou-se uma declividade de onda baseada no período de pico de 0,05 (equivalente à média das declividades verificadas ao longo do ensaio, entre 0,04 e 0,06). Os gráficos sugerem uma correspondência razoável entre os resultados experimentais e os valores da fórmula. O padrão de colocação do tipo 1 apresenta maior aproximação aos resultados da fórmula de Van der Meer. Por sua vez, os valores de dano do padrão de colocação do tipo 2 são em geral mais elevados do que o dano associado à fórmula.
Figura 42 – Progressão do dano na Fórmula de Van der Meer e resultados experimentais (N=1000).
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 Nod Hs/ΔDn
Van der Meer (N=1000) Tipo 1
Figura 43 – Progressão do dano na Fórmula de Van der Meer e resultados experimentais (N=3000).
Além disso, podem comparar-se os valores do Número de Estabilidade, , obtidos para o limite da condição de não-dano (5% de dano) com os valores equivalentes sugeridos por CIRIA, CUR, CETMEF (2007). A informação está resumida na Tabela 12. Pode concluir-se que os valores estão dentro do intervalo recomendado, o que reforça a ideia da validade do modelo.
Tabela 12 – Números de Estabilidade em função do dano, para o tronco de quebra-mares com tetrápodos.
Referência Inclinação do
talude
Nível de Dano Número de Estabilidade
CIRIA, CUR, CETMEF (2007)
1:1,5 5%
2,3-2,9
Padrão de colocação do tipo 1 2,62
Padrão de colocação do tipo 2 2,32
Foram também estimados valores do Coeficiente de Estabilidade da Fórmula de Hudson, , para os dois padrões de colocação ensaiados. É certo que o número limitado de testes implica que este cálculo seja encarado com algumas reservas, mas ainda assim podem utilizar-se os valores para fins comparativos. Os padrões de colocação do tipo 1 e 2 estão associados a coeficientes de estabilidade de 12 e 8,32, respectivamente. São valores aproximados ao coeficiente de estabilidade de 8 recomendado por CIRIA, CUR, CETMEF (2007) para as condições em estudo, especialmente no caso do padrão de colocação do tipo 2. No caso do padrão de colocação do tipo 1, o valor do coeficiente de estabilidade é relativamente superior, o que pode ser explicado pelo carácter conservativo dos valores do coeficiente actualmente sugeridos.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 Nod Hs/ΔDn
Van der Meer (N=3000) Tipo 1
Apesar do número limitado de ensaios, os resultados obtidos permitem retirar algumas conclusões. O padrão de colocação do tipo 1 apresenta um comportamento consistentemente mais estável que o padrão de colocação do tipo 2. Assim, os dados levam a crer que padrões de colocação de blocos com iguais parâmetros geométricos podem apresentar reacções substancialmente diferentes à agitação incidente. Esta conclusão pode ter implicações ao nível de obra. Desta forma, na construção de um quebra-mar com tetrápodos não basta ao empreiteiro assegurar um determinado número de blocos por área de talude. A disposição geométrica dos blocos pode influenciar de forma significativa a estabilidade hidráulica do manto resistente e, como tal, a durabilidade da estrutura. Assim, para além da densidade de colocação, a própria geometria da camada pode também ser um factor a ter em conta. Essa é talvez a principal conclusão que se pode obter a partir do estudo.
6.2RECOMENDAÇÕES
Com a experiência adquirida ao longo deste projecto seria agora possível levar a cabo um estudo em modelo físico mais completo e, certamente, sujeito a menos dúvidas e erros. Espera-se, ainda assim, que esta dissertação possa ter utilidade como base de trabalho para outros estudos em modelo físico a realizar futuramente no canal de ondas do IST.
Por outro lado, considerando as conclusões apresentadas é possível registar algumas recomendações para futuros desenvolvimentos relacionados com este tema de dissertação:
Tendo em conta o número limitado de ensaios, seria interessante prosseguir o estudo, ensaiando mais períodos de onda, com o objectivo de determinar a influência deste parâmetro na estabilidade hidráulica de diferentes padrões de colocação;
Limitações ao nível das características das paredes do canal de ondas e das dimensões das sondas desaconselham ensaiar alturas de onda significativas superiores a 0,18 m. Deste modo, para o caso dos tetrápodos utilizados, não é possível levar o quebra-mar à ruína. De facto, os valores máximos de dano atingidos equivalem a condições de início de dano intermédio. O LNEC dispõe de tetrápodos com dimensões mais reduzidas em relação aos blocos utilizados. Desconhece-se até que ponto a redução das dimensões do problema e os maiores efeitos de escala associados poderiam tornar o estudo menos representativo;
Já foram mencionadas as grandes diferenças entre a colocação dos blocos no modelo (à mão e a seco) e num quebra-mar real (com limitações de movimento associadas aos equipamentos utilizados para içar os blocos, condições de agitação sempre presentes e visibilidade reduzida). Teria interesse levar a cabo um estudo semelhante, fazendo a colocação dos blocos com o auxílio de uma grua em miniatura e sob acção de agitação incidente. Este procedimento teria o objectivo não só de aproximar a colocação dos blocos no modelo dos procedimentos utilizados em obra, como de testar a aplicabilidade dos padrões de colocação estudados.