Aplicação do teorema cinemático da análise limite ao cálculo da capacidade resistente de fundações superficiais. Influência de aspectos tridimensionais

A expressão da capacidade resistente de fundações superficiais, proposta por Terzaghi (1943) para o caso de uma fundação corrida, sob carregamento vertical, centrado, e onde não se tem em conta a resistência do solo acima da base de fundação, tem sido alvo de diversos estudos ao longo do tempo, visando a melhoria dos factores associados à mesma, assim como a proposta de novos factores. Uma das metodologias disponíveis para tal tarefa é a Análise Limite, onde, através dos teoremas estático e cinemático é possível obter um intervalo que aproxima a carga de colapso. Com o recurso à implementação numérica do teorema cinemático (região superior) da análise limite numa plataforma de processamento paralelo, são realizados cálculos tridimensionais focados para os factores de forma, sγ, sq e sc; e para o factor de profundidade tridimensional, dq*, através da construção de modelos de elementos finitos com refinamento elevado. Os resultados obtidos permitem o encurtamento do intervalo de região inferior e superior e a observação do comportamento dos referidos factores com a evolução da forma e profundidade da fundação.

Contribuição para o estudo da modelação da digestão anaeróbia de resíduos sólidos, estudo da influência da geometria do reactor na cinética do processo

O presente trabalho tem como objectivo contribuir para o estudo do desenvolvimento de um modelo matemático aplicado à digestão anaeróbia de resíduos sólidos, que incorpore os condicionamentos da geometria dos reactores e a sua influência na cinética do processo biológico. Nesse sentido, o trabalho propõe-se avaliar o comportamento cinético de três reactores, com o mesmo volume mas com diferentes relações tridimensionais, utilizando o mesmo substrato, e idênticos parâmetros ambientais e operacionais de funcionamento. Pretendeu-se estudar em que medida a relação do comprimento, largura e altura de um reactor pode interferir nas taxas de remoção de substrato, condicionando a respectiva difusão na biomassa e crescimento dos microrganismos. Considera-se que este aspecto é do maior interesse para o desenvolvimento de um modelo cinético, podendo minimizar desvios inerentes à própria modelação de processos biológicos complexos. A geometria do reactor, que se correlaciona com uma determinada relação tridimensional, pode constituir um parâmetro importante, que se designou por Kcig (Constante de Inibição Geométrica), dada a influência que poderá exercer na cinética do processo biológico. A sua avaliação, parametrização e consequente modelação, deverá facilitar a escolha da relação comprimento/largura/altura mais adequada, de forma a optimizar o funcionamento operacional do reactor. O plano experimental desenvolveu-se em duas fases, utilizando-se dois substratos com graus distintos de dificuldade de utilização pelos microrganismos, nomeadamente: Fase 1 (glucose), Fase 2 (FORSU e relva). Concluiu-se que a cinética do processo é influenciada pela relação entre as áreas de separação de biogás/biomassa (As) e de contacto biomassa/reactor (Ac), que interferem na geometria do reactor. Assim, através dos resultados das fases 1 e 2 pode observar-se que a variação da taxa de remoção de substrato se aproxima de uma função de saturação, pelo que se propõe uma adaptação do modelo de Monod, através de um formalismo que incorpora uma grandeza adimensional, Kcig, para reflectir o efeito da geometria do reactor. Verificou-se que a equação adoptada para Kcig se mostrou adequada, o que permitiu, através do modelo de Monod ajustado, estimar os valores de rx máx e Ks que se admite estarem mais próximos dos verdadeiros, embora se considere que apenas se pretende corrigi-los em função do efeito da geometria do reactor. Por outro lado, o estudo permitiu identificar um valor de Kcig para o reactor de 2,5 L, a partir do qual poderá não ser interessante a relação entre a taxa de remoção de substrato e a área de construção do reactor.

Impacto clínico da tecnologia em ultra-sonografia

Recentemente, a tecnologia em Ultra-sons (US) tem sofrido grandes avanços tecnológicos e, como resultado, novas técnicas e aplicações clínicas são introduzidas frequentemente. Estas técnicas inovadoras apresentam o potencial de assistir os médicos na caracterização de entidades clínicas e de melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. No entanto, a implementação destas técnicas requer uma avaliação objectiva das suas potencialidade e limitações, assim como da sua performance clínica para permitir a sua adopção na prática clínica. Este projecto aborda duas patologias particulares: a Cardiomiopatia Cirrótica (CC) e lesões oncológicas mamárias. Considerando a primeira, é aplicada a tecnologia disponível, em especial a Aplicação Clínica VVI de modo a detectar anormalidades que possam não ser visíveis com recurso à ecocardiografia convencional, com o objectivo de definir critérios de diagnóstico precisos. Para a segunda, pretende-se efectuar uma avaliação da performance clínica de um novo método de quantificação em Elastografia - o Strain Ratio (SR) - que analisa a rigidez das lesões mamárias, permitindo assim um diagnóstico clínico mais completo e rigoroso. Para atingir estes objectivos, é efectuada uma análise extensiva, utilizando testes estatísticos como a One-Way ANOVA, permitindo que diferenças estatisticamente relevantes sejam encontradas nos parâmetros considerados. Outros testes foram usados em cada estudo clínico, tendo em conta as suas características específicas – a análise ROC é utilizada para quantificar o acréscimo que o SR poderá potencialmente trazer em relação às técnicas convencionais. Embora não tenha sido possível reunir todas as condições necessárias para validar a contribuição dos US para o diagnóstico da CC, foi possível encontrar evidências que corroboram tratar-se uma patologia clinicamente latente. Os resultados do segundo estudo evidenciam que o SR poderá ser introduzido nos workflows clínicos a curto prazo, tendo no entanto em consideração que este produz resultados mais fidedignos quando utilizado como ferramenta complementar de apoio à decisão clínica do que como um método de quantificação absoluta.

Hydroxyapatite porous structures for bone tissue engineering

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de espumas porosas de hidroxiapatite (HA) baseadas em réplicas invertidas de cristais coloidais (ICC) para substituição óssea. Um ICC é uma estrutura tridimensional de elevada porosidade que apresenta uma rede interconectada de poros com elevada uniformidade de tamanhos. Este tipo de arquitetura possibilita uma proliferação celular homogénea e superiores propriedades mecânicas quando comparada com espumas de geometria não uniforme. O cristal coloidal (CC) - o molde da espuma - foi criado por empacotamento de microesferas de poliestireno (270 μm) produzidas por microfluídica e posterior tratamento térmico. O molde foi impregnado com um gel de hidroxiapatite produzido via sol-gel utilizando pentóxido de fósforo e nitrato de cálcio tetrahidratado como percursores de fósforo e cálcio, respectivamente. A espuma cerâmica foi obtida num único passo depois de um tratamento térmico a 1100oC que permitiu a solidificação do gel e a remoção do CC. A análise por espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e difração de raios-X (XRD) revelou uma hidroxiapatite carbonatada tipo A com presença de fosfatos tricálcicos. As propriedades mecânicas foram avaliadas por testes de compressão. A biocompatibilidade in vitro foi demonstrada através de testes de adesão e proliferação celular de osteoblastos.

Filtragem de nuvens de pontos para geração de modelos digitais do terreno

As cartas topográficas são representações planas, generalizadas e reduzidas à escala, de zonas da superfície terrestre, contendo símbolos e informação textual para a descrição dos objectos. A forma mais comum de as produzir é por intermédio de fotografias aéreas, principalmente pela afinidade entre o conteúdo destas e aquilo que se convencionou representar na carta. O Instituto Geográfico do Exército (IGeoE) é uma entidade produtora de cartografia que provê, com informação geográfica, as Forças Armadas e a comunidade civil. A caracterização do relevo é parte da informação existente na carta, concretizada através das curvas de nível: linhas curvas que representam uma cota pré-definida (convencionado de 10 em 10 m nas cartas à escala 1/25 000), constante em toda a sua extensão. Estas acompanham as formas do terreno e indicam a altitude do nível do solo, independentemente de se cruzarem com outros objectos à superfície terrestre (como edifícios ou arvoredo). A informação do relevo é bastante completa, abrangendo a área de toda a carta. As curvas de nível são, por norma, restituídas, manualmente, por um operador numa estação fotogramétrica, numa tarefa compreensivelmente morosa. Uma das alternativas para a representação do relevo é por intermédio da correlação automática de fotografias aéreas, daí resultando uma nuvem de pontos cotados numa grelha regular, cada um com uma coordenada tridimensional. Alguns desses pontos contêm “ruído”, visto representarem não a cota ao nível do solo, mas a cota de objectos sobre a superfície terrestre. O processo de eliminação desse “ruído”, que permite corrigir a cota do topo do objecto para o solo, designa-se por filtragem. Há diversos processos de filtragem de nuvens de pontos, embora nenhum consiga obter resultados totalmente satisfatórios, apresentando mais ou menos dificuldades em algumas zonas de terreno específicas (zonas urbanizadas ou vegetação baixa, por exemplo). Um dos caminhos apontados para auxiliar a filtragem é a utilização de outros recursos que forneçam mais informação, para além da simples coordenada tridimensional do ponto a corrigir, bem como uma mistura de algoritmos, tentando conciliar os pontos fortes de cada uma destas abordagens. O presente trabalho desenvolveu uma metodologia automática para representar o relevo a partir de uma nuvem de pontos cotados, para ser integrada na cadeia de produção do IGeoE. A partir de uma nuvem de pontos primária, e utilizando como dados de entrada ortofotos e informação vectorial dos objectos da edição anterior e da edição de trabalho da carta (excepto relevo) da mesma região, efectua quatro filtragens: filtragem de edifícios, filtragem de áreas de arvoredo superiores a 150 m x 150 m, filtragem de áreas de arvoredo inferiores a 150 m x 150 m e árvores isoladas (envolvendo a detecção de árvores em ortofotos, ao nível do pixel, por algoritmo de aprendizagem automática), e filtragem por declives.

Um Sistema para evolução espácio-temporal de imagens

Atualmente os computadores, os telemóveis mais recentes e as câmaras fotográficas têm o poder de capturar momentos, e estes momentos são gravados em fotografias. Hoje em dia são tiradas imensas fotografias em todas as partes do mundo e com isto surgem alguns problemas, tais como organizar e visualizar as fotografias de forma a transmitir o sentimento e o momento vivido. Procura-se ainda como inovar e dar uma perceção evolutiva de estruturas ou de pessoas captadas nas fotografias. É neste contexto que esta dissertação se insere. A dissertação tem como principal objetivo, oferecer uma ferramenta que consiga proporcionar uma viagem cronológica ao longo do tempo, do passado até ao presente, dado um conjunto de imagens de várias épocas. A ferramenta, chamada Evolapse, permite visualizar uma representação tridimensional de um conjunto de imagens, podendo visualizar imagens de várias épocas para a mesma localização geográfica. A Evolapse processa automaticamente comparações entre imagens e estabelece relações entre as mesmas. Também oferece um método semiautomático para criar as relações. Todas as relações estabelecidas automaticamente e criadas, recorrendo ao método semi-automático, podem ser editadas. A ferramenta foi desenvolvida no âmbito do projeto LX Conventos e os seus resultados são testados no website do projeto. De modo a testar os resultados, a ferramenta produz documentos descritivos que contêm toda a informação necessária para reconstruir a representação tridimensional. O website do projeto LX Conventos ficará disponível ao público, dando a possibilidade a múltiplos utilizadores de visualizarem os resultados gerados pela ferramenta.

Simulação numérica da propagação e rebentação de ondas utilizando o código OpenFoam

Esta dissertação teve o intuito de validar o código numérico do OpenFoam para problemas na área da hidrodinâmica e propagação de ondas. Para a geração de ondas através do código numérico recorreu-se ao solver Waves2Foam, uma ferramenta do OpenFoam baseada no InterFoam, solver baseado no método VoF (Volume of fluid) com a implementação de zonas de relaxamento para a geração e dissipação da energia das ondas. Os casos simulados nesta dissertação tiveram o objectivo de testar a ferramenta para diferentes condições de propagação de ondas e diferentes teorias. Assim é apresentado um caso bidimensional com fundo horizontal e profundidade considerada infinita e outro bidimensional com fundo variável de forma a verificar a ocorrência ou não de rebentação, ambos para ondas regulares de primeira ordem ou ondas de Airy. Além dos casos bidimensionais também são apresentados dois casos tridimensionais com fundo variável, para ondas regulares e bicromáticas e em situação com e sem rebentação. Tanto o caso bidimensional de profundidade variável como o primeiro caso tridimensional foram baseados em ensaios e dados experimentais realizados num canal de profundidade variável para ondas regulares em situação com e sem rebentação. O segundo caso tridimensional também foi baseado em ensaios experimentais no mesmo canal de fundo variável para ondas geradas bicromáticas em situação com e sem rebentação. Através das simulações realizadas pode-se concluir que para casos de propagação de ondas sem rebentação o solver Waves2Foam obtém bons resultados. Já nos casos com rebentação os resultados apresentam alguma discrepância devida à não utilização de modelos de turbulência. No geral, o código numérico do OpenFoam dá bons resultados para resolver problemas de hidrodinâmica através de ondas regulares e de ondas bicromáticas.

Projeto de desenvolvimento do sistema de contas nacionais financeiras em Moçambique

As Contas Nacionais ocupam uma posição de destaque no conjunto de todas as estatísticas económicas produzidas por um determinado país ou região, pois o sistema no qual assenta a sua produção, estabelece um padrão internacionalmente aceite em termos de conceitos, definições, classificações e metodologias permitindo a comparabilidade entre as várias estatísticas produzidas ao nível nacional e internacional, assim como a adaptação a qualquer país e a harmonização entre os diferentes sistemas estatísticos. No seu cerne está a medição do nível de crescimento e desempenho de uma economia, assim como a determinação da capacidade (+) / necessidade (‐) de financiamento de uma economia A produção das contas nacionais baseia‐se no Sistema de Contas Nacionais das Nações Unidas, cujo objetivo é a medição do nível de atividade económica (produto interno bruto), através do registo dos fluxos e stocks gerados entre os agentes económicos de uma economia, e entre estes e o resto do mundo, com base em padrões e recomendações internacionalmente aceites. O presente trabalho apresenta uma proposta de modelo de produção das estatísticas de contas nacionais financeiras em Moçambique, com vista a completar o modelo atualmente existente que comporta apenas a produção das contas não financeiras. Os resultados apresentados pelo modelo estão organizados em matrizes que resumem as operações financeiras realizadas entre os agentes económicos, onde se cruzam os instrumentos financeiros com os diversos setores institucionais residentes e o resto do mundo enquanto intervenientes nas operações realizadas. Nesse sentido, são apresentados, (i) quadros de património que apresentam o stock de ativos financeiros e passivos existentes num dado momento, assim como o saldo que representa o património líquido, (ii) a matriz “quem a quem” que resume as operações em forma de matriz tridimensional, onde aparecem os instrumentos financeiros e as duas partes intervenientes na operação na qualidade de credor e devedor, e (iii) a matriz de variação de stocks que, para efeitos deste trabalho, é apresentado como proxy da matriz de transações em ativos financeiros e passivos realizados num determinado momento, assim como a poupança financeira.

Modelação numérica de entrada em ponte ferroviária

O crescente interesse pelo transporte ferroviário de alta-velocidade como transporte de médio curso obriga ao estudo do comportamento de vias-férreas para cumprir requisitos funcionais. As zonas de transição são um dos locais problemáticos que requerem um estudo aprofundado, onde a modelação numérica surge como uma poderosa ferramenta de análise. Neste trabalho é analisado o comportamento de um modelo numérico bidimensional de uma entrada numa ponte ferroviária situada sobre o Rio Sado e que faz parte da variante de Alcácer do Sal. Trata-se de um modelo numérico bidimensional de elementos lineares elásticos com uma execução mais rápida em relação a outros modelos. A resposta deste modelo é comparada com resultados de um modelo numérico tridimensional validado na mesma transição. Para atingir resultados fiáveis, o modelo bidimensional foi alvo de uma parametrização precisa que consistiu num processo de calibração com o modelo tridimensional referido anteriormente. As curvas de receptância da via foram o principal meio de calibração entre os dois modelos. Deste modo, realizou-se um estudo paramétrico de ambos os modelos para avaliar a influência de diversos parâmetros no cálculo de curvas de receptância. Analisou-se, também, o comportamento deste modelo para diferentes velocidades de circulação do veículo. Dentro deste campo foi dado especial atenção ao fenómeno da velocidade crítica de um veículo num solo flexível.

Produção e caracterização de espumas 3D obtidas por electrofiação para aplicação em engenharia de tecidos

A produção de estruturas tridimensionais poliméricas tem sido foco de estudo por parte da Engenharia de Células e Tecidos, pelo que mimetizam melhor as condições in vivo dos tecidos. A conjugação das propriedades eléctricas com arquitectura 3D permite uma regeneração tecidual mais eficaz. Desta forma este estudo incidiu na construção de scaffolds, que conjugasse as propriedades mecânicas, eléctricas e biológicas num só suporte. O processo utilizado para produção de scaffolds baseou-se na electrofiação de soluções poliméricas de PCL (8% m/m) com incorporação de óxido de grafeno em diferentes concentrações: 0.01%, 0.1% e 0.25% (m/V). Foram avaliados os parâmetros de electrofiação que permitiram a organização tridimensional. A composição química e a morfologia das membranas foram avaliadas por FTIR-ATR e por microscopia electrónica de varrimento (MEV), respectivamente. Através de ensaios de tracção e de permeabilidade estudou-se a influência de óido de grafeno na matriz polimérica. Foram feitas experiências de redução de óxido de grafeno nas fibras electrofiadas, tanto nas membranas como das espumas, através do uso de vapores de hidrazina. Este mecanismo mostrou-se ineficaz, uma vez que afectou a sua morfologia. As espumas foram avaliadas quanto à sua bioactividade e propriedades mecânicas (ensaios de compressão). Também foram realizados testes de viabilidade celular nas membranas e de adesão celular nas espumas, de forma a avaliar o seu potencial para aplicação biomédica. Os resultados destes ensaios revelaram que óxido de grafeno não apresenta efeitos citotóxicos para o organismo e a sua presença promove a adesão celular ao scaffold.

Análise e otimização de materiais compósitos de microestrutura periódica

A presente dissertação tem como principais objetivos a otimização topológica de materiais compósitos de microestrutura periódica e a análise de efeitos de escala na caracterização das propriedades elásticas dos mesmos. No desenvolvimento deste trabalho, é abordada a teoria da homogeneização que é usualmente utilizada para estimar as propriedades elásticas de materiais compósitos periódicos de modo a tratar um meio heterogéneo como um meio homogéneo com propriedades mecânicas equivalentes. É realizada uma verificação e validação das hipóteses utilizadas por esta teoria, com o fim de determinar em que condições os resultados homogeneizados são credíveis e qual a margem de erro associada a esses mesmos resultados. O modelo de material aqui utilizado é obtido pela repetição de uma célula de base unitária (microestrutura representativa) em todas as direções espaciais. Trata-se de um modelo de material tridimensional de duas fases, sólido e vazio (material poroso). São estudadas diferentes topologias de microestruturas, obtidas através de um algoritmo de otimização topológica utilizando o método da homogeneização inversa. Para que fosse utilizada uma amostra suficientemente representativa de diferentes casos de anisotropia de material, foi utilizado um gerador de números aleatórios para reproduzir os estados de tensão ou deformação a serem utilizados no processo de otimização das microestruturas. Desta forma, é realizado um estudo quanto à anisotropia de material e a sua influência nas propriedades elásticas do material. O estudo de efeitos de escala toma uma grande importância neste trabalho, sendo estimados numericamente os tensores elásticos que caracterizam o material e estudada a sua convergência em relação aos tensores obtidos pelo método da homogeneização. Da mesma forma, é realizado um estudo numérico de convergência da densidade de energia de deformação e de tensão para diferentes condições de ensaios mecânicos. Os resultados indicam que um baixo fator de escala é suficiente para substituir um compósito heterogéneo por um material homogéneo com propriedades elásticas calculadas pela teoria da homogeneização.

Desenvolvimento do modelo para avaliação de parâmetros hemodinâmicos do sistema mãe-placenta

Uma das principais causas de mortalidade durante a gravidez está relacionada com variações na pressão arterial materna, tal como a pré-eclâmpsia. Esta dissertação surgiu da necessidade de compreender o que provoca alterações na pressão arterial, a sua relação com o fluxo e velocidade e os efeitos nas artérias uterinas. De forma a perceber os efeitos da pressão no fluxo sanguíneo, modelou-se o sistema arterial materno, desde a aorta até às artérias uterinas, numa ferramenta de desenho tridimensional. Neste modelo foi aplicado um método de cálculo utilizando uma ferramenta de dinâmica de fluídos computacional, no qual se simulou o fluxo sanguíneo. Utilizaram-se como parâmetros de entrada, na aorta ascendente, uma função de velocidade e um valor saudável de pressão arterial central, e como parâmetro de saída introduziram-se vários valores de pressão arterial periférica normal e típicos de situações patofisiológicas, tais como hipertensão e pré-eclâmpsia. Obtiveram-se diagramas de velocidade, pressão e tensão de corte ao longo de todo o modelo arterial. Em cada saída do modelo, obtiveram-se os valores de fluxo calculados automaticamente, para cada pressão de saída introduzida. Alguns dos valores de fluxo obtidos foram comparados com valores existentes na literatura, de forma a avaliar a eficácia do modelo desenhado, concluindo-se que este produzia valores próximos dos reais. Desta forma efectuaram-se várias simulações, através das quais se percebeu que aumentando a pressão nas artérias uterinas, e mantendo constante a pressão de entrada, o fluxo de saída também aumenta.