Caracterização, simulação (à escala) e modelação do escoamento em canais artificiais: aplicação a caso de estudo

Os escoamentos no interior de zonas urbanas, apresentam grande heterogeneidade, pelo que a sua caracterização, requer uma formulação que incorpore explicitamente essa variabilidade espacial. A caracterização, simulação (à escala) e modelação do escoamento em canais artificiais e a aplicação a um caso de estudo, no Laboratório de Hidráulica da UMa, representa o cerne desta dissertação. Os objetivos principais desta dissertação são: a caracterização e desenvolvimento de ferramentas de simulação do comportamento do escoamento em canais artificiais, no caso de uma variação súbita dos caudais afluentes, mecanismos de prevenção de cheia; o desenvolvimento de um modelo de simulação hidrodinâmico, considerando os escoamentos variáveis em superfície livre no caso de situações de cheia, na simulação entre as condições variáveis das afluências, das condições hidromorfológicas do canal e da instalação e operação dos sistemas e regulação dos escoamentos; e ainda a análise da viabilidade da simulação (modelo) na gestão e prevenção de cheias em canais artificiais. Numa primeira instância, procede-se à recolha de toda a informação bibliográfica disponível. Com recurso aos modelos digitais do terreno e ao programa ArcGis, é efetuada toda uma exaustiva caracterização da bacia hidrográfica, relativa ao caso de estudo (canal artificial), a partir da qual foi possível obter os dados inerentes às características geométricas, características de relevo e características de drenagem. Segue-se a análise da precipitação com recurso a folhas de cálculo e dados fornecidos pelas instituições pertinentes, de forma a obter valores de precipitação média diária e anual para aplicação de fórmulas, tanto para calcular valores de tempo de concentração, bem como caudais. O próximo passo é selecionar os troços relevantes do canal em estudo e com recurso ao equipamento disponível no Laboratório de Hidráulica da UMa, à folha de cálculo programada e ao programa HEC-RAS procede-se à simulação/modelação/análise desses troços, comparando o resultado/comportamento simulado, com o expectável e entre os vários métodos. Por fim, são expostas as conclusões, bem como algumas considerações finais e uma listagem de objetivos a manter ou alcançar nos próximos anos, onde se incluem, ações prioritárias e recomendações visando, não só melhorar o processo de caracterização do escoamento em canais artificiais, bem como simplificar a prevenção e gestão de cheias.

Obras marítimas de acostagem: o caso do porto de abrigo da Ilha do Porto Santo

O projecto e a execução de estruturas costeiras, marítimas e portuárias apresentam elavada complexidade, envolvendo a consideração de um grande número de factores e restrições e a utilização sinergética de conhecimentos oriundos de diferentes áreas do saber. Nesta dissertação, efectua-se inicialmente uma breve descrição das questões e preocupações que decorrem destas obras, bem como dos métodos de auxílio e validação dos cálculos utilizados no dimensionamento dessas estruturas, de modo a melhor aproximar o projecto à realidade, permitindo com isto antecipar e corrigir potenciais problemas. Além disso, nesta dissertação são apresentados os diferentes tipos de obras marítimas, as suas funções e os objectivos de cada uma delas, bem como os materiais utilizados e alguns dos seus métodos constructivos, descrevendo-se as diversas soluções que podem ser implementadas consoante as necessidades locais, a realidade económica existente e os materiais mais adequados a aplicar, sendo dada especial ênfase às obras marítimas de acostagem, tendo como caso de estudo a obra de recuperação do porto de abrigo da Ilha do Porto Santo, no Arquipélago da Madeira, sendo focados neste estudo os seus parâmetros essenciais, como o enquadramento climático e geográfico, os estudos preliminares e diagnósticos realizados, a caracterização da obra e da solução implementada, bem como a ordem de trabalhos e os meios necessários à sua execução. São também expostas as metodologias de cálculo das dimensões e do peso dos blocos de protecção e do enrocamento, bem como das espessuras das diferentes camadas por estes formadas, projectadas para dissipar a energia da agitação marítima, sendo ainda apresentados os resultados da aplicação de tais metodologias simplificadas de cálculo à obra de reabilitação portuária escolhida para este estudo.

Estudo de soluções de monitorização automática de ribeiras para prevenção do risco de aluviões

As aluviões, também denominadas por fluxos de detritos ou enxurradas, são movimentos de vertente rápidos, que ocorrem por ação da água e são consideradas um dos fenómenos mais perigosos em regiões montanhosas, causando prejuízos por onde passam. Como forma de prevenção, mas também como forma de estudo das condições inerentes à formação destes fenómenos e do respetivo comportamento ao longo do seu percurso, deve ser atribuído um papel importante à monitorização automática dos cursos de água. Na Ilha da Madeira, a aluvião mais recente aconteceu a 20 de fevereiro de 2010, afetando os concelhos da vertente Sul, particularmente os do Funchal e Ribeira Brava. Este evento surgiu devido a uma situação meteorológica adversa, com precipitações de elevada intensidade, resultando no transporte de um elevado volume de material sólido que levou ao transbordamento das ribeiras, obstruindo completamente a baixa funchalense e outros locais. Portanto, esta dissertação surge como introdução à temática do estudo e monitorização dos fluxos de detritos na Ilha da Madeira, onde, inicialmente, foi realizada uma primeira abordagem ao fenómeno, referindo as suas causas e características, tendo sido, também, mencionadas algumas das aluviões que assolaram a ilha. Posteriormente, foram descritos alguns dos equipamentos incluídos num sistema de monitorização, com as respetivas vantagens e desvantagens, bem como a descrição de alguns sistemas existentes. Como objetivo deste trabalho, foi idealizada uma solução de monitorização automática para a bacia hidrográfica da Ribeira de Machico, tendo sido analisadas as propriedades morfológicas da bacia, seguindo-se uma descrição dos sensores utilizados e a sua localização. Por fim, como caso de estudo, foi apresentado o sistema de monitorização a ser implementado pelo LREC (Laboratório Regional de Engenharia Civil), onde foram definidos os aparelhos utilizados, bem como a respetiva localização.

Comparação e validação de vários métodos de mapeamento cortical para o planeamento pré-cirúrgico por Imagem Funcional de Ressonância Magnética

Na análise funcional de imagens do cérebro podem utilizar-se diferentes métodos na identificação de zonas de activação. Tem havido uma evolução desde o método de correlação [19], para outros métodos [9] [14] até o método baseado no modelo linear generalizado que é mais comum ser utilizado hoje e que levou ao pacote de software SPM [15]. Deve-se principalmente à versatilidade que o método tem em realizar testes com diferentes objectivos. Têm sido publicados alguns estudos comparativos. Poucos têm sido quantitativos [20] e quando o são, o número de métodos testados é reduzido[22]. Há muitos estudos comparativos do ponto de vista da estatística envolvida (da matemática) mas que têm em geral apenas ns académicos. Um objectivo deste estudo é comparar os resultados obtidos por diferentes métodos. É de particular interesse averiguar o comportamento de cada método na fronteira do local de activação. As diferenças serão avaliadas numericamente para os seguintes métodos clássicos: t de Student, coeficiente de correlação e o modelo linear generalizado. Três novos métodos são também propostos - o método de picos de Fourier, o método de sobreposição e o método de amplitude. O segundo pode ser aplicado para o melhoramento dos métodos de t de Student, coe ciente de correlação e modelo linear generalizado. Ele pode no entanto, também manter-se como um método de análise independente. A influência exercida em cada método pelos parâmetros pertinentes é também medida. É adoptado um conjunto de dados clínicos que está amplamente estudado e documentado. Desta forma elimina-se a possibilidade dos resultados obtidos serem interpretados como sendo específicos do caso em estudo. Há situações em que a influência do método utilizado na identificação das áreas de activação de imagens funcionais do cérebro é crucial. Tal acontece, por exemplo, quando um tumor desenvolve-se perto de uma zona de activação responsável por uma função importante . Para o cirurgião tornase indispensável avaliar se existe alguma sobreposição. A escolha de um dos métodos disponíveis poderá ter infuência sobre a decisão final. Se o método escolhido for mais conservador, pode verificar-se sobreposição e eliminar-se a possibilidade de cirurgia. Porém, se o método for mais restritivo a decisão final pode ser favorável à cirurgia. Artigos recentes têm suportado a ideia de que a ressonância magnética funcional é de facto muito útil no processo de decisão pré-operatório [12].O segundo objectivo do estudo é então avaliar a sobreposição entre um volume de activação e o volume do tumor. Os programas informáticos de análise funcional disponíveis são variados em vários aspectos: na plataforma em que funcionam (macintosh, linux, windows ou outras), na linguagem em que foram desenvolvidos (e.g. c+motif, c+matlab, matlab, etc.) no tratamento inicial dos dados (antes da aplicação do método de análise), no formato das imagens e no(s) método(s) de análise escolhido(s). Este facto di culta qualquer tentativa de comparação. À partida esta poderá apenas ser qualitativa. Uma comparação quantitativa implicaria a necessidade de ocorrerem três factos: o utilizador tem acesso ao código do programa, sabe programar nas diferentes linguagens e tem licença de utilização de software comercial (e.g. matlab). Sendo assim foi decidido adoptar uma estratégia unificadora. Ou seja, criar um novo programa desenvolvido numa linguagem independente da plataforma, que não utilize software comercial e que permita aplicar (e comparar quantitativamente) diferentes métodos de análise funcional. A linguagem escolhida foi o JAVA. O programa desenvolvido no âmbito desta tese chama-se Cérebro.

A sustentabilidade do destino turístico Porto Santo

A partir do Relatório Bruntland, da UE, o vocábulo sustentabilidade passou a ser utilizado correntemente nas mais variadas áreas de estudo, com especial incidência nas áreas de âmbito sócio-económico e ambiental, tendo em vista alcançar o denominado desenvolvimento sustentável. Assim, o conceito sustentabilidade está hoje intimamente relacionado com o desenvolvimento. Como se depreende das múltiplas versões que pretendem definir os conceitos, existe uma complexidade latente, dada a abrangência dos mesmos. Daí que, muitas vezes a utilização destes conceitos, não seja a mais correcta. Inicialmente confinada ao ambiente natural, a sustentabilidade congrega hoje em dia, as componentes social, económica e cultural, bem como o ambiente construído pelo homem. A noção de desenvolvimento sustentável expandiu-se e alargou-se a sectores e actividades económicas específicos, incluindo o Turismo. Neste caso concreto, o sector assume particular importância no contexto da economia mundial, dado o seu dinamismo e crescimento, bem como a contribuição que oferece às economias de muitos países e destinos locais, e ainda porque é uma actividade que envolve uma relação especial entre os visitantes, a actividade económica, o ambiente e as comunidades locais. Contudo, o turismo não permaneceu nem pode permanecer indiferente ao desafio da sustentabilidade, pois apesar de contribuir com cerca de 10 % do total da actividade mundial e ser um dos principais geradores de emprego, causa também impactos significativos no meio natural e construído e no bem-estar e cultural das populações receptoras. Concretamente no caso do turismo em ilhas, o sector representa muitas vezes a força motriz que está por detrás da economia das pequenas ilhas. Todavia, em certas ilhas, a indústria do turismo assumiu tais proporções que ameaça o equilíbrio dos ecossistemas e as próprias culturas. A utilização sustentável e uma política racional de conservação desses mesmos recursos são pré-requisitos essenciais à sua plena exploração, dada a vulnerabilidade da maioria dos pequenos territórios insulares.Neste trabalho, procura-se inicialmente compreender o significado de conceitos como desenvolvimento sustentável e em particular turismo sustentável e turismo sustentável em ilhas. Como caso de estudo, apresenta-se a ilha do Porto Santo, pertencente ao Arquipélago da Madeira. Inicialmente é feita uma caracterização da ilha, desde as suas gentes e cultura, até às infra-estruturas de que hoje dispõe, para depois se procurar compreender a importância e o papel do turismo na economia portossantense, e os impactos que o sector do turismo tem gerado nesta pequena ilha do Atlântico. Apresenta-se, por fim, e de forma sucinta, a avaliação de modelos e soluções de desenvolvimento assentes no turismo sustentável e a apresentação de rácios de avaliação do desenvolvimento turístico sustentável e a sua consequente aplicação à ilha do Porto Santo. Para o efeito, além dos dados recolhidos junto das entidades competentes, elaboraram-se ainda dois questionários: um aos residentes da ilha, outro aos turistas. O objectivo foi o de se retirarem ilações sobre o que os turistas pensam da ilha e, na opinião dos residentes, quais as alterações sócio-económicas e culturais que o turismo trouxe ao Porto Santo. Por fim, apresentam-se as conclusões e recomendações sobre o destino turístico Porto Santo.

Energias renováveis para águas quentes sanitárias

Este trabalho tem como principais objetivos identificar alguns problemas ambientais, perceber as potencialidades das energias renováveis e as diversas maneiras de aproveitamento solar, estabelecer uma comparação entre o Decreto-Lei n.º 80/2006, que deixou de vigorar, e o Decreto-Lei n.º 118/2013, que veio substituí-lo e dimensionar um sistema solar térmico simples com pré-fabricados de pavimento com função de coletor, recentemente criado e desenvolvido. O conhecimento das técnicas do aproveitamento solar, tanto ao nível do aproveitamento ativo como passivo, aplicadas aos edifícios, são suficientes para uma diminuição significativa na fatura energética dos edifícios, responsáveis pelo consumo de 40% da energia final. No tratamento e análise dos decretos, foi possível estudar um caso de estudo, deste modo estabelecendo mais eficazmente as diferenças entre estes. Para tal foram comparados os valores das soluções adotadas no edifício com os valores limites regulamentares pelo Decreto-Lei com os valores dispostos no Decreto-Lei n.º 118/2013, procedendo a cálculos sempre que necessários. As maiores diferenças sentidas foram ao nível do cálculo das necessidades nominais anuais de energia. No caso de estudo, optou-se pela simplicidade aquando do dimensionamento dos pré-fabricados, pois este projeto está ainda numa fase inicial com muitas melhorias a serem feitas a nível do material a utilizar. A comercialização deste produto ainda não é possível, no entanto, prevê-se que o seu custo venha a ser apelativo. A conjugar com o baixo custo, existe o fator da versatilidade das peças, sendo possível uma instalação com variadas formas ou até mesmo padrões.

Metodologia BIM: uma nova abordagem, uma nova esperança

A metodologia BIM (Building Information Modeling), tem vindo a ganhar grande importância na indústria da AEC (Arquitetura, Engenharia e Construção). Este conceito introduz alterações muito significativas na forma como atualmente se aborda a conceção, construção e manutenção de edifícios. Apesar da emergente utilização, não existem neste momento normas de boas práticas para a sua implementação em Portugal. O BIM tem como princípios a integração das fases do processo construtivo, a integração e trabalho colaborativo de todas as especialidades envolvidas na fase de projeto, sendo apoiada por aplicações de visualização tridimensional. O grande potencial do conceito BIM está também na normalização da informação, sendo suportada entre outros aspetos na normalização da forma como se devem modelar os objetos. Assente nesta base são várias as potencialidades que daqui decorrem. No âmbito desta dissertação pretende-se abordar e aplicar a metodologia BIM ao projeto de estruturas e de especialidades que foi previamente elaborado segundo a metodologia tradicional (CAD 2D). Pretende-se, clarificar a metodologia BIM e avaliar algumas das ferramentas computacionais disponíveis no mercado. O caso de estudo da presente dissertação, permitiu identificar algumas dificuldades e falhas existentes nos projetos a 2D, o que não acontece no caso da metodologia BIM.

A influência do tipo de envidraçados e da inércia térmica dos materiais na prevenção de situações de sobreaquecimento no verão: uma análise baseada no RCCTE

A importância dos vãos envidraçados deve-se não só à sua contribuição para o isolamento térmico da habitação, mas também, por permitirem obter uma otimização dos ganhos solares, maximizando-os no inverno e minimizando-os no verão, contribuindo deste modo para a melhoria das condições de conforto e diminuição dos consumos energéticos. Sendo os vãos envidraçados elementos bastante favoráveis às trocas de calor, tornase necessário conhecer de que forma as diferentes soluções envidraçadas existentes no mercado, e proteções solares/oclusão noturna, podem influenciar o desempenho térmico dos edifícios. Com a crescente tendência de utilização do vidro na construção torna-se ainda mais importante uma escolha criteriosa das soluções para os vãos envidraçados. Este trabalho contribui para a avaliação da influência do tipo de envidraçados e da inércia térmica dos materiais, na prevenção de situações de sobreaquecimento no verão, com base no RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios), bem como para identificar a melhor relação custo/benefício das soluções. Como caso de estudo, considerou-se uma moradia unifamiliar, simulando diferentes soluções envidraçadas e analisado o seu impacto na moradia. A metodologia consistiu numa análise paramétrica e económica, sustentada no RCCTE e direcionada para a influência dos envidraçados na prevenção do sobreaquecimento no verão. Para a análise da viabilidade económica das soluções propostas, recorreu-se à metodologia definida pela ADENE (Agência para a Energia), pelo cálculo dos custos de exploração e períodos de retorno do investimento, e também o método VAL (Valor Atual Líquido) que pressupõe uma análise do investimento ao longo do tempo. Com este trabalho, conclui-se que um projeto cuidado dos vãos envidraçados e uma seleção criteriosa dos elementos construtivos, aliados a uma análise inerente ao custo/benefício, contribui significativamente para a escolha adequada das soluções construtivas a adotar, de forma a privilegiar o conforto térmico, o desempenho energético dos edifícios e a conservação de energia.

Metodologia BIM: uma nova abordagem, uma nova esperança

A metodologia BIM (Building Information Modeling), tem vindo a ganhar grande importância na indústria da AEC (Arquitetura, Engenharia e Construção). Este conceito introduz alterações muito significativas na forma como atualmente se aborda a conceção, construção e manutenção de edifícios. Apesar da emergente utilização, não existem neste momento normas de boas práticas para a sua implementação em Portugal. O BIM tem como princípios a integração das fases do processo construtivo, a integração e trabalho colaborativo de todas as especialidades envolvidas na fase de projeto, sendo apoiada por aplicações de visualização tridimensional. O grande potencial do conceito BIM está também na normalização da informação, sendo suportada entre outros aspetos na normalização da forma como se devem modelar os objetos. Assente nesta base são várias as potencialidades que daqui decorrem. No âmbito desta dissertação pretende-se abordar e aplicar a metodologia BIM ao projeto de estruturas e de especialidades que foi previamente elaborado segundo a metodologia tradicional (CAD 2D). Pretende-se, clarificar a metodologia BIM e avaliar algumas das ferramentas computacionais disponíveis no mercado. O caso de estudo da presente dissertação, permitiu identificar algumas dificuldades e falhas existentes nos projetos a 2D, o que não acontece no caso da metodologia BIM.

Corrosão do betão armado induzida por carbonatação e pela presença de cloretos

Este trabalho centra-se na problemática da corrosão do betão armado induzida por carbonatação e pela presença de cloretos. Após uma pequena reflexão sobre a durabilidade das estruturas de betão armado e da diminuição da sua vida útil por efeitos de corrosão, é feita uma descrição mais detalhada dos principais efeitos resultantes da carbonatação e da presença de cloretos. São identificados os factores externos e internos que influenciam o aparecimento da carbonatação e da sua progressão (profundidade) e apresentados os métodos mais correntes que permitem a quantificação e previsão deste fenómeno. São também abordadas as causas e efeitos da presença de cloretos, nomeadamente no que diz respeito aos mecanismos de transporte, aos factores que influenciam a velocidade e penetração, bem como os métodos que permitem a determinar a presença de cloretos nas estruturas. De seguida são abordados aspectos relacionados com a protecção e reabilitação de estruturas afectadas pelos dois processos de degradação, nomeadamente a utilização de técnicas electroquímicas, de revestimentos, armaduras especiais e inibidores de corrosão. Por fim, é apresentado um caso de estudo envolvendo os muros de contenção situados num complexo habitacional do concelho de Câmara de Lobos, em parte afectados pelos processos abordados no trabalho, onde são apresentados alguns resultados dos ensaios laboratoriais para a quantificação da carbonatação e o teor de cloretos. O estudo realizado permitiu tirar ilações interessantes quer sobre cada um dos processos, quer sobre o efeito conjunto da carbonatação e presença cloretos, dado que a presença da carbonatação influencia directamente a penetração de cloretos e potencia os seus efeitos. Tendo em conta a morfologia da Madeira e o facto de a construção ser feita a pouca distância do mar, pretende-se que o trabalho possa servir de apoio quer à realização de novos projectos, quer à protecção/reabilitação de estrutura.