Resposta de modelos numéricos costeiros a variações batimétricas provenientes do monitoramento de obra-piloto submersa

Orientadores: Patrícia Dalsoglio Garcia, Tiago Zenker Gireli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: A atração humana pelo ambiente costeiro data de séculos, uma vez que ele é lar de múltiplos recursos, beleza cênica e variados serviços ecossistêmicos. No entanto, as linhas de costa são vulneráveis a diversos riscos, como inundações, processos erosivos, aumento relativo do nível do mar, tempestades, entre outros. Tais perigos, intensificados pela ação antropogênica, podem ser responsáveis por inúmeros prejuízos à infraestrutura existente, resultando em problemas às comunidades locais e autoridades competentes. Para assegurar a proteção costeira, em lugar das obras tradicionais e rígidas, têm entrado em evidência as obras submersas constituídas de materiais de baixo impacto ambiental, como os quebra-mares submersos compostos de geotêxteis. Entretanto, a literatura não apresenta estudos convergentes a respeito dos impactos dessas estruturas na linha de costa, afetando a definição de diretrizes de projeto e posteriores modelagens numéricas. Diante dessa conjunção de fatores, este trabalho teve como principal objetivo combinar o uso de dados batimétricos de monitoramento de obra-piloto e modelagem numérica a partir de um estudo de caso em Santos, para avaliar se a ferramenta desenvolvida é capaz de fornecer resultados consistentes com a realidade hidrodinâmica da região estudada, reproduzindo possíveis falhas na estrutura presente, bem como mudanças provenientes das variações batimétricas dos perfis praiais. Alvo de intensa erosão costeira, Santos é uma das cidades mais importantes da região Sudeste brasileira e abrigo do maior porto da América Latina. Visando reduzir a perda de praia e a atuação da erosão, sobretudo na área adjacente à embocadura do estuário santista, uma estrutura conhecida como projeto-piloto foi implantada nos primeiros meses do ano de 2018 na região da Ponta da Praia. Tal obra, submersa e constituída de geotubos, tem sido continuamente monitorada de forma a fornecer diversos dados batimétricos, além de melhor compreensão sobre os processos atuantes no local. Utilizando os dados de campo, esta pesquisa elaborou um refinamento de malha tanto do modelo hidrodinâmico bidimensional quanto do modelo espectral de ondas, tornando-os sensíveis a pequenas variações batimétricas. A partir disso, foram simulados diversos cenários (utilizando o software MIKE 21, fornecido pela DHI) que consideraram também aberturas e falhas na estrutura do projeto-piloto. Com base na metodologia aplicada, obtiveram-se análises detalhadas sobre o comportamento dos modelos no que concerne a ondas e correntes, à densificação de malhas e à inserção de falhas na obra já existente. Foi observado, portanto, que o modelo é capaz de responder a variações batimétricas localizadas reproduzindo os impactos por elas gerados, como aumento de velocidade de correntes e mudanças de altura e direção de onda, e também se mostrou apto a reproduzir a influência de pequenas aberturas em obras submersas. Desse modo, o uso combinado de dados de campo com modelos computacionais bidimensionais pode contribuir, de forma eficiente, para o estabelecimento de diretrizes a respeito de projetos e implantações de obras submersas de proteção costeira, evitando a utilização de modelos de maior gasto computacional ou que exijam maior diversidade de dados de entrada Abstract: Coastal zones are densely populated, holding high rates of urbanization. Mankind has been attracted to coastal environments for centuries due to their important resources, scenic beauty, and ecosystem services. Shorelines are vulnerable to coastal hazards, such as floods, erosion processes, sea level rise, and storms. These risks are intensified by human activity and they may cause countless damages to the local infrastructure, resulting in problems for seaside communities and governments. In this scenario, submerged structures made of low environmental impact materials pose as an alternative to traditional structures, such as submerged breakwaters composed of geotextiles. However, the literature fails to presente converging studies regarding the impacts of these structures on the coastline, which affects the definition of design guidelines and subsequent numerical modeling. Given these factors, the main objective of this work was to combine the use of bathymetric data from a pilot structure monitoring and numerical modeling, for a case study in Santos, to assess whether the developed tool is capable of providing consistent results. The consistency of the results is directly related to the model's ability to reproduce the hydrodynamic reality of the region, as well as the reproduction of gaps in the structure, and variations of beach profiles. Santos is one of the most important cities in southeastern Brazil and home to the largest port in Latin America, and the city is subject to these erosive processes. In order to reduce beach loss and erosion, especially in the area adjacent to the Santos estuary, a structure known as the pilot project was implemented in the first months of 2018 in the Ponta da Praia region. This structure is submerged and made up of geotextile tubes and it has been monitored continuously to provide several bathymetric data, in addition to a better understanding of the processes operating at the site. This research conducted a mesh refinement using field data for both models, named the two-dimensional hydrodynamic model and the spectral wave model, to make them responsive to small bathymetric variations. Then, several scenarios were simulated (using the MIKE 21 software, provided by DHI) that also considered gaps and failures in the pilot project structure. From the applied methodology, we obtained detailed analyzes of the behavior of the models, concerning waves and currents. The models were responsive to the densification of meshes, as well as the insertion of gaps in the existing structure. Therefore, we observed that the model is able to respond to small bathymetric variations and reproduce the impacts generated by these variations, such as current speed increments, and changes in wave height and direction. The model was also able to reproduce the influence of small gaps on submerged structures. Thus, the combined use of field data with two-dimensional computational models might contribute to the establishment of guidelines regarding projects and the implementation of submerged structures for coastal protection Doutorado Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais Doutora em Engenharia Civil CAPES 01-P-01879-2016