RESUMO Tradicionalmente utilizam-se modelos físicos construídos em escala reduzida de modo a permitir o controle, instrumentação e avaliação do escoamento. Mais recentemente a fluidodinâmica computacional (CFD) tem surgido como uma ferramenta que permite modelar, de forma numérica, os escoamentos, podendo complementar as informações fornecidas pelo modelo físico. O objetivo deste trabalho é validar a ferramenta de fluidodinâmica computacional (CFD) no escoamento sobre vertedouro do tipo Creager e dissipador roller-bucket. Esta validação foi feita com os dados de um experimento em escala reduzida em que foram feitas medições da posição da superfície livre da água e das cargas de pressão no perfil do vertedouro. Verificou-se que a ferramenta de CFD é adequada para o estudo deste tipo de fluxo, sendo capaz de reproduzir os resultados experimentais. Na execução das simulações numéricas foi dada uma atenção especial à questão da influência da malha nos resultados. Foi observada uma influência importante da malha em alguns resultados, o que mostra a importância de uma análise de sensibilidade deste parâmetro ao realizar as simulações de CFD. Os resultados obtidos oferecem a perspectiva de uso da modelagem CFD como ferramenta de suporte ao dimensionamento de vertedouros e bacias de dissipação de energia. O trabalho desenvolvido oferece a perspectiva de simular o escoamento na escala real utilizando CFD, sem que ocorram os erros associados aos efeitos de escala inerentes aos modelos reduzidos.

ABSTRACT Traditionally, reduced physical models are used to allow control, instrumentation and experimental evaluation of flow. More recently, computational fluid dynamics (CFD) has emerged as a tool that allows numerical modeling of flows and can complement the information provided by the physical model. The objective this paper is to validate the CFD tool in reproducing the flow through an ogee crest spillway with a roller bucket stilling basin. This validation was performed with the data from a reduced scale experiment in which measurements were made of the position of the water free surface and of the pressure loads in the spillway profile. It was verified that the CFD tool is suitable for the study of this type of flow, being able to reproduce the experimental results. In the execution of the numerical simulations, special attention was given to the influence of the mesh on the results. An important influence of the mesh was observed in some results, which shows the importance a sensitivity analysis of this parameter when performing CFD simulations. The obtained results offer the prospect of using CFD as a supporting tool for the design of spillways and stilling basins.

RESUMO Atualmente, o Porto de Santos é o maior da América Latina, e encontra-se em processo de aprofundamento de seu canal de acesso, prevendo alcançar os 17 m DHN como meta final. Especificamente para o trecho da barra marítima que hoje é mantida somente por dragagem, espera-se um incremento significativo no volume de dragagem de manutenção. Nesse sentido, este trabalho empregou a modelagem física para avaliar a eficácia de molhes guia-corrente curvos na manutenção de profundidades ao longo do trecho da barra marítima do canal do Porto de Santos, seu impacto na dispersão da pluma de efluentes do emissário submarino existente na baía e sua influência na praia adjacente ao molhe. Como resultado, verificou-se que a introdução dos molhes tornaria possível manter as profundidades do canal de acesso na transposição da barra com um volume de dragagem de manutenção muito inferior ao atual, que o aumento da extensão original do emissário submarino em 1,2 km não só reduziria a influência da presença dos molhes, como melhoraria a dispersão dos efluentes para o largo em relação à situação original. Além disso, a presença dos molhes induz uma acreção marinha que tende a proteger a região adjacente à embocadura que hoje sofre um severo processo erosivo. Por fim, o estudo realizado indica ser plenamente viável a adoção de obras fixas para a transposição da barra marítima do Porto de Santos, podendo configurar-se como uma opção economicamente mais atraente do que a atual, para manter profundidades de 17 m DHN.

ABSTRACT Currently, the Port of Santos is the largest in Latin America, and its access channel is in the process of deepening, intending to reach 17 m DHN as an ultimate goal. Specifically for the maritime bar section, which is now maintained only by dredging, a significant increase in the volume of maintenance dredging is expected. The current study applied the physical modelling to evaluate the effectiveness of two curved jetties in the maintenance of depth along the inlet entrance of Santos channel, its impact on the dispersion of the plume of effluents from the existing outfall and its influence on the beach adjacent to the proposed right jetty. As a result, the jetties’ layout could maintain the access channel’s depth with a much lower volume of dredging than the current maintenance requires. It was found that the increase of 1.2 km on the outfall’s original length would not only reduce the influence of the jetties’ presence, but also improve significantly the dispersion of effluents in comparison to the original situation. Moreover, the presence of the jetties induces a marine accretion that tends to protect the region adjacent to the inlet, which is currently suffering a severe erosion process. Finally, the study shows that it is completely feasible to adopt the curved jetties to transpose the Port of Santos’ maritime bar, which may be configured as an economic and attractive option to maintain depths of 17 m DHN.

Neste estudo, apresentamos uma metodologia para discretizar uma bacia não monitorada baseada na análise do terreno, usando o modelo digital de elevação (DEM) SRTM e o digital de superfície (DSM) de alta resolução em um processo de extração de redes de drenagem semi-automático. A bacia do rio Juqueriquerê foi usada como estudo de caso, que possui as planícies não urbanizadas mais representativas do litoral norte do estado de São Paulo, Brasil. A região de baixa altitude é caracterizada por elevações próximas ao nível do mar, declividades suaves e lençóis freáticos rasos. A região é também influenciada pela variação das marés e chuvas orográficas. Por isso, inundações freqüentes acontecem, mesmo em áreas vegetadas. Dois cenários conflitantes no uso de solo, propostos pelo Plano Diretor Municipal de Caraguatatuba (CMP) e pelo Zoneamento Econômico Ecológico (EEZ), foram comparados para analisar o aumento de vulnerabilidade às inundações e risco geotécnico devido ao processo de urbanização. As técnicas de extração de drenagem mostraram resultados melhores nos DSM de alta resolução para regiões de baixas altitudes do que o DEM SRTM e determinaram com acurácia a localização de potencialidade às inundações nas planícies. A discretização espacial da bacia nos possibilitou mostrar os efeitos das duas diferentes propostas de uso do solo, considerando a vulnerabilidade às inundações e o risco geotécnico de cada sub-bacia

In this study, we present a methodology to discretize a non-assessed basin based on terrain analysis using the SRTM digital elevation model (DEM) and a high resolution surface model (DSM) with a drainage network semi-automatic extraction process. The Juqueriquerê River Basin was used for the case study, which has the most representative non-urbanized plains of the northern coastline of São Paulo State, Brazil. The low-lying region is featured by elevations close to the sea level, mild slopes, and shallow water tables. It is also influenced by tidal variation and orographic rains. Therefore, frequent flooding occurs, even in vegetated areas. Two conflicting land use scenarios, proposed by the City Master Plan (CMP) of Caraguatatuba and the Ecological-Economical Zoning (EEZ), were compared to analyze the flood vulnerability increase and geotechnical risk caused by the urbanization process. The drainage extraction techniques showed better results on high resolution DSM for low-lying regions than the SRTM DEM and determined with accuracy the locations of flood potentiality in the plains. The watershed spatial discretization allowed us to show the effects of the two different land use approaches, considering the flood vulnerability and geotechnical risk of each sub-basin

RESUMO Atualmente o Porto de Santos é o maior da América Latina, e encontra-se em processo de aprofundamento de seu canal de acesso prevendo alcançar a profundidade de 17,0 m como meta final. Especificamente para o trecho da barra marítima que hoje é mantida somente por dragagem, espera-se um incremento significativo no volume de dragagem de manutenção. Neste sentido, este trabalho empregou a modelagem matemática para verificar a eficiência da construção de dois molhes guia – corrente curvos para a transposição da barra marítima do canal do Porto de Santos e avaliar sua eficiência na manutenção das profundidades no canal. Foi utilizado o módulo hidrodinâmico do software Mike 21 para que os resultados pudessem ser comparados aos obtidos em modelação física nas mesmas condições de simulação. Os resultados apontaram que, assim como os resultados obtidos em modelo físico, ocorre incremento das velocidades das correntes com a introdução dos molhes propostos indicando ser plenamente viável a adoção de obras fixas para a transposição da barra marítima do Porto de Santos, podendo configurar-se como uma opção economicamente mais atraente do que a atual, para manter profundidades de 17,0 m.

ABSTRACT Nowadays, Port of Santos is the largest in Latin America, and it is undergoing a process of deepening of its access channel and, as its final target, is expected to attain 17 m. A considerable increase in the maintenance dredging volume is expected, particularly for the section of the maritime sandbar that is, currently, only maintained by dredging. Consequently, this study employed numerical modeling to propose an efficient layout for two curved, current-guiding jetties for the transposition of the maritime sandbar of Port of Santos navigation channel, and it’s evaluated their efficiency in maintaining depths throughout the channel. Therefore, it was used only the hydrodynamic model of Mike 21 to compare the results with the physical modeling realized in the same simulation conditionals. The results indicate, in both approaches, the current velocities increased with the proposal jetties. Thus, the accomplished study indicates that the adoption of permanent constructions for transposition of the maritime sandbar of the Port of Santos is clearly feasible and it could constitute a more economically attractive option for maintaining depths of 17 m than the current one.