Utilização de técnicas de análise fotogramétricas em quebra-mares de taludes

Dissertação de Natureza Científica elaborada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Os quebra-mares de taludes são estruturas de proteção portuária muito comuns em Portugal. O seu dimensionamento é habitualmente realizado através de fórmulas semi-empíricas, sendo necessário recorrer-se a ensaios em modelo físico reduzido de estabilidade e galgamento, a fim de confirmar a sua eficácia. Nos ensaios de estabilidade, a avaliação do dano é tradicionalmente feita através de contagem visual do número de quedas e movimentos dos blocos que compõem o manto resistente do quebra-mar, técnica morosa e que depende muito da experiência do técnico que efetua os ensaios. A fim de complementar a avaliação do dano nos ensaios em modelo físico reduzido, podem ser utilizados diferentes métodos fotogramétricos de análise de imagens ou de comparação de imagens. No entanto, a sua utilização em ensaios correntes ainda não é expedita. Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho foi agilizar a análise da evolução do dano em ensaios em modelo físico de quebra-mares, recorrendo a métodos estereofotogramétricos e de comparação de imagens. Pretendeu-se também melhorar/desenvolver procedimentos, quer para a automatização da aplicação das referidas técnicas, quer para a obtenção expedita de resultados. Avaliou-se o desempenho de cada um desses métodos efetuando comparações, quer entre os referidos métodos, quer com o método tradicional de contagem dos blocos removidos. Para tal, foram realizados ensaios em modelo físico reduzido num canal de ondas para o perfil da seção da zona do cais do quebra-mar sul da Praia da Vitória tendo sido testados os períodos de pico de 10, 14 e 18 s associados a diferentes alturas significativas e dois níveis de maré (Preia-mar e Baixa-mar). Para se calibrar os algoritmos de quantificação da área modificada, foi efetuada uma análise de sensibilidade aos parâmetros de determinação da área modificada. Adicionalmente, foi ainda desenvolvido um algoritmo para cálculo do volume erodido a partir da reconstrução tridimensional do quebra-mar de taludes. Este algoritmo permite a quantificação da área erodida e do dano, sem ser necessário recorrer à extração de perfis, tornando esta técnica mais rápida e precisa.

Abstract: In Portugal, rubble-mound breakwaters are a very common harbour protection structure. Its concept design is usually based upon semi-empirical formulas being necessary to resort to scale model tests to confirm the effectiveness of the proposed design in what concerns stability and overtopping. During stability tests, damage is traditionally assessed by visual counting the number of displacements and movements of the armour units. However, this counting is based on visual observation and are very dependent on the technician experience. In order to automate or supplement damage assessment in scale model tests, photogrammetric analysis methods are used. However, its use in common scale model tests is not yet expeditious. The objective of this study was to improve the analysis of damage evolution in scale model tests of rubble mound breakwaters, by using stereo-photogrametric methods and image comparison methods. The aim was also to improve / develop procedures, whether for automating the application of these techniques and for the expeditious delivery of results. The performance of each of these methods was evaluated by comparing those methods between themselves and with the traditional method of counting the removed blocks. In order to achieve this goal, two-dimensional scale model tests of the Praia da Vitória south breakwater were conducted in a flume. Tests were performed for high water level and for low water level, associated with 10 s, 14 s and 18 s peak periods and with several wave heights. To calibrate the measurement algorithms of the modified area, a sensitivity analysis to the parameters that characterize the modified area was performed. In addition, an algorithm was developed to compute the eroded volume from the threedimensionalreconstruction of the rubble-mound breakwater. This algorithm allows one to quantify the eroded area and damage without the need to extract profiles, making this a more rapid and accurate technique.