Parameter analysis of the armour layer incoastal structures

Abstract

Coastal erosion is a serious problem that affects numerous countries and particularly Portugal. The sediment deficit, increasing urbanistic pressure and highly energetic coastal areas anticipate the necessity of large investments in shore protection structures. The design process of coastal structures is mainly dependent on empirical formulations, followed by tests on physical models to validate the design solutions. In these empirical formulations, the incorporation of several parameters in to coefficients, adds a level of subjectivity that is relevant on the results. This document intends to address the subjectivity problem through the analysis of the stability coefficient in the Hudson formula. In the original formula, this coefficient expresses the influence of a certain amount of parameters on the armour layer stability of coastal structures. However, there is an absence of recommended values that take into account some important parameters. By increasing the knowledge over the several parameters that influence the stability coefficient, a better accuracy can be achieved. The main focus is on the parameters considered by the Van der Meer formulations (permeability, storm duration, damage level and slope angle) and on the incidence angle in which the wave attacks the structure. A sensitivity analysis was performed for various parameters, in order to evaluate the influence of each parameter on the stability coefficient and final stability values. Using two study cases, a comparison was performed on the design stability coefficient and the coefficient that resulted from physical tests.

A erosão costeira é um problema grave que afecta muitos países do mundo e em particular, Portugal. O défice sedimentar e a crescente pressão urbanística, aliadas a um regime costeiro energético, anteveem a necessidade de avultados investimentos em estruturas de proteção costeira. O processo de dimensionamento de estruturas costeiras passa pela utilização de formulações empíricas, seguido de testes em modelo físico para validar as soluções. Nestas formulações, a incorporação de diversos aspectos em coeficientes, adiciona um nível de subjetividade relevante aos resultados. A intenção deste trabalho é abordar o problema da subjetividade pela análise do coeficiente de estabilidade, presente na fórmula de Hudson. Na fórmula original, este coeficiente exprime a influência de um certo número de parâmetros na estabilidade do manto de proteção de estruturas costeiras. No entanto, existe uma ausência de valores recomendados que tenham em conta alguns parâmetros importantes. Ao amentar o conhecimento sobre os diversos parâmetros que influenciam o coeficiente de estabilidade, é possível alcançar uma maior precisão. De entre os parâmetros que influenciam a estabilidade, o foco principal da análise é sobre os parâmetros considerados nas fórmulas de Van der Meer (permeabilidade, duração da tempestade, nível de dano e ângulo do talude da estrutura) e no ângulo de incidência da onda sobre a estrutura. Uma análise de sensibilidade foi feita para avaliar a influência de cada parâmetro no valor do coeficiente de estabilidade e na estabilidade final. Usando dois casos de estudo, foi feita uma comparação do coeficiente de estabilidade obtido na fase de projeto e o coeficiente que resulta dos testes em modelo físico.