Estudo geomecânico do Túnel do Cortado na Ilha da Madeira

O presente trabalho pretende contribuir para o aprofundamento do conhecimento geológico e geotécnico das formações vulcânicas da Ilha da Madeira, com especial destaque para os parâmetros geomecânicos obtidos através de retroanálise, tendo por base as leituras em obra do Túnel do Cortado (Faial, Santana; Madeira). Assim, o trabalho incide inicialmente sobre os túneis rodoviários na Ilha, com principal atenção nas características das suas secções transversais e emboquilhamentos. Segue-se um levantamento de todos os túneis construídos entre os anos de 1990 e 2013. Uma vez terminada esta apresentação, é feita uma caracterização geológica-geotécnica dos maciços da região, com especial atenção para as zonas geotécnicas afetas ao túnel em questão. São ainda abordadas metodologias de classificações geomecânicas, de retroanálise e modelação computacional. Segue-se um processo de retroanálise através do qual foram gerados vários modelos por forma a efetuar uma análise bidimensional das secções do túnel, onde se procurou estabelecer uma relação entre as leituras de obra e os parâmetros de resistência e deformabilidade do maciço em questão. Por fim, os resultados referentes aos parâmetros de resistência obtidos através dos modelos são analisados, procedendo-se à sua comparação com outros estudos existentes para a Ilha.

IP network usage accounting

De modo a manter políticas de utilização aceitável dos seus serviços de Internet, a NOS Madeira tem usado um sistema de fabrico próprio onde os clientes são catalogados de acordo com o tráfego que realizam. Contudo, esse sistema tornou-se demasiado antigo para as necessidades atuais da empresa. Usava tecnologias descontinuadas, não tinha interfaces de integração, faltava modularidade e não tinha a flexibilidade necessária para expandir as regras de negócio. Este projeto centra-se na implementação de um dos três subsistemas que substituem o sistema antigo: o subsistema controlador. O objetivo é modernizar, facilitar a manutenção e garantir maior flexibilidade. Tudo isto com recurso a linguagens de programação atuais como o PHP, ferramentas como a Zend Framework e mantendo em mente as melhores práticas de programação. São apresentados a especificação e modelação do sistema, assim como todos os detalhes da implementação em conjunto com as decisões e problemas encontrados. Os testes e resultados, incluindo a entrada com sucesso em produção do sistema, juntamente com sugestões de melhorias futuras concluem este trabalho.

Pontes antigas na Ilha da Madeira: caraterização e diagnóstico

Na Ilha da Madeira existem diversas pontes antigas essencialmente de alvenaria de pedra e algumas de betão, que constituem um valioso património histórico, que importa conhecer e conservar. As pontes supracitadas pertencem às diversas Estradas Regionais e desempenham um papel importante na deslocação diária de milhares de pessoas entre diversas povoações vizinhas. Estas pontes antigas encontram-se sujeitas a mecanismos de deterioração e a um tráfego mais exigente do que o projetado, evidenciando assim as mais variadas anomalias. Com o intuito de assegurar o seu bom funcionamento e as atuais condições de segurança, deve-se proceder a uma manutenção periódica, sendo para tal necessário recorrer a inspeções regulares. Nesta dissertação realizou-se um levantamento do maior número possível de obras de arte antigas da Ilha da Madeira. Este levantamento consistiu numa inspeção visual e no preenchimento de uma ficha de inspeção previamente realizada, por cada obra de arte. Após o levantamento procedeu-se a uma análise estatística de modo: a caraterizar estas obras de arte, identificar as principais anomalias e o seu estado de conservação e de manutenção globais. Identificou-se ainda algumas soluções típicas de reabilitação. Observou-se que a maioria das obras de arte antigas da Ilha da Madeira que pertencem à rede rodoviária regional são do tipo ponte, sendo constituídas por arcos simples e o material utilizado é essencialmente a alvenaria de pedra e o betão. As principais anomalias identificadas foram de caráter não estrutural, como a presença de vegetação e poluição biológica. Concluiu-se que estas apresentam-se na generalidade bem conservadas, no entanto os trabalhos de manutenção são importantes para manterem o bom funcionamento e segurança das pontes a longo prazo.

Betão com agregados reciclados: estado da arte e análise à gestão e utilização na Região Autónoma da Madeira

Nas últimas décadas temos assistido a um crescimento da produção de resíduos de construção e demolição. Surge então a necessidade de fazer uma gestão consciente destes resíduos reintroduzindo-os quando possível, no ciclo de vida de novas construções, provocando uma redução quer das zonas de aterro quer da abertura de novas zonas de extração de inertes as quais, provocam um elevado impacto ambiental afetando a biodiversidade existente nessas zonas. Com esta intenção, o presente trabalho centra-se na temática do betão com agregados reciclados e pretende contribuir para o seu conhecimento, analisando as características quer dos agregados reciclados quer do betão com eles confecionado, seguindo normas e diretrizes recomendadas por diferentes especificações um pouco por todo o mundo. Ainda no mesmo contexto o estudo pretende conhecer o destino (eliminação, aterro, valorização, etc.) dado aos RCD procedentes de betão na Região Autónoma da Madeira. A análise da bibliografia existente demonstra perdas nas características destes betões reciclados quando comparados com betões convencionais, isto sem dúvida devido principalmente à quantidade de pasta de cimento aderido presente na composição do agregado reciclado, a qual afeta direta e indiretamente a maioria das propriedades quer do agregado reciclado quer do betão com eles confecionado. Foi recolhida informação que permite caracterizar o sector da construção civil, fazendo o diagnóstico do estado atual da gestão dos resíduos de construção e demolição que é feita pelas empresas de construção sediadas na RAM, mais concretamente a gestão dos resíduos de betão e a reutilização e reciclagem dos mesmos.

Reabilitação de pontes rodoviárias de betão armado

Cada vez mais na atualidade a reabilitação de obras de arte é de grande importância. Muitas dessas estruturas apresentam degradações e problemas estruturais consideráveis, no qual necessitam urgentemente de ações de reparação e de reforço para garantir um nível de segurança. Em Portugal só se deu uma maior importância à conservação e a reabilitação em obras de arte após a um colapso de uma ponte no concelho de Castelo de Paiva que levou à perda de vidas humanas. Este trabalho preocupa-se a dar a conhecer os vários tipos de patologias que poderão ocorrer na vida de uma ponte, desde da fase conceção e projeto até a fase de serviço, com o intuito de poder sensibilizar para futuras construções de pontes. De forma esquemática apresentam-se os diferentes tipos de inspeções, ensaios e monitorização, cujo através destes, consegue-se acompanhar o estado de conservação e o aparecimento de eventuais anomalias, que possam implicar possíveis restrições ao tráfego ou até mesmo o encerramento. De modo a poder garantir as condições de segurança e durabilidade das pontes de betão armado, ilustram-se algumas soluções e técnicas de reparação e de reforço, salientando que estas soluções e técnicas dependem da natureza e grau das anomalias, da necessidade ou não de manter a circulação de veículos e de fatores técnicos e económicos. De modo a poder exemplificar alguns aspetos importantes, nomeadamente, conservação, patologias, reparação e reforço estrutural, abordam-se duas obras de arte de Portugal Continental (um viaduto e uma ponte) que foram sujeitas a intervenções devido ao seu estado de degradação e a problemas estruturais. Por fim, apresentam-se algumas obras de arte pertencentes à Região Autónoma da Madeira (RAM) onde foram detetadas alguns problemas. Neste sentido, expõem-se algumas soluções às patologias abordadas no contacto visual, de forma a expor o conhecimento adquirido ao longo deste trabalho.

Seven stories: location based story-delivery system

Location aware content-based experiences have a substantial tradition in HCI, several projects over the last two decades have explored the association of digital media to specific locations or objects. However, a large portion of the literature has little focus on the creative side of designing of the experience and on the iterative process of user evaluations. In this thesis we present two iterations in the design and evaluation of a location based story delivery system (LBSDS), inspired by local folklore and oral storytelling in Madeira. We started by testing an already existing location based story platform, PlaceWear, with short multimedia clips that recounted local traditions and folktales, to this experience we called iLand. An initial evaluation of iLand, was conducted; we shadowed users during the experience and then they responded to a questionnaire. By analyzing the evaluation results we uncovered several issues that informed the redesign of the system itself as well as part of the story content. The outcome of this re design was the 7Stories experience. In the new experience we performed the integration of visual markers in the interface and the framing of the fragmented story content through the literary technique of the narrator. This was done aiming to improving the connection of the audience to the physical context where the experience is delivered. The 7Stories experience was evaluated following a similar methodology to the iLand evaluation but the user’s experience resulted considerably different; because of the same setting for the experience in both versions and the constancy of the most of the content across the two versions we were able to assess the specific effect of the new design and discuss its strengths and shortcomings. Although we did not run a formal and strict comparative test between the two evaluations, it is evident from the collected data how the specific design changes to our LBSDS influenced the user experience.

Graphical constraints: a graphical user interface for constraint problems

A constraint satisfaction problem is a classical artificial intelligence paradigm characterized by a set of variables (each variable with an associated domain of possible values), and a set of constraints that specify relations among subsets of these variables. Solutions are assignments of values to all variables that satisfy all the constraints. Many real world problems may be modelled by means of constraints. The range of problems that can use this representation is very diverse and embraces areas like resource allocation, scheduling, timetabling or vehicle routing. Constraint programming is a form of declarative programming in the sense that instead of specifying a sequence of steps to execute, it relies on properties of the solutions to be found, which are explicitly defined by constraints. The idea of constraint programming is to solve problems by stating constraints which must be satisfied by the solutions. Constraint programming is based on specialized constraint solvers that take advantage of constraints to search for solutions. The success and popularity of complex problem solving tools can be greatly enhanced by the availability of friendly user interfaces. User interfaces cover two fundamental areas: receiving information from the user and communicating it to the system; and getting information from the system and deliver it to the user. Despite its potential impact, adequate user interfaces are uncommon in constraint programming in general. The main goal of this project is to develop a graphical user interface that allows to, intuitively, represent constraint satisfaction problems. The idea is to visually represent the variables of the problem, their domains and the problem constraints and enable the user to interact with an adequate constraint solver to process the constraints and compute the solutions. Moreover, the graphical interface should be capable of configure the solver’s parameters and present solutions in an appealing interactive way. As a proof of concept, the developed application – GraphicalConstraints – focus on continuous constraint programming, which deals with real valued variables and numerical constraints (equations and inequalities). RealPaver, a state-of-the-art solver in continuous domains, was used in the application. The graphical interface supports all stages of constraint processing, from the design of the constraint network to the presentation of the end feasible space solutions as 2D or 3D boxes.

Non-invasive strategy in assessing asthma through biofluids metabolomics exploration: exhaled breath and urine potentialities

Asthma is a significant health issue in the pediatric population with a noteworthy growth over the years. The proposed challenge for this PhD thesis was the development of advanced methodologies to establish metabolomic patterns in urine and exhaled breath associated with asthma whose applicability was subsequently exploited to evaluate the disease state, the therapy adhesion and effect and for diagnostic purposes. The volatile composition of exhaled breath was studied combining headspace solid phase microextraction (HS-SPME) with gas chromatography coupled to mass spectrometry or with comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to mass spectrometry with a high resolution time of flight analyzer (GC×GC–ToFMS). These methodologies allowed the identification of several hundred compounds from different chemical families. Multivariate analysis (MVA) led to the conclusion that the metabolomic profile of asthma individuals is characterized by higher levels of compounds associated with lipid peroxidation, possibly linked to oxidative stress and inflammation (alkanes and aldehydes) known to play an important role in asthma. For future applications in clinical settings a set of nine compounds was defined and the clinical applicability was proven in monitoring the disease status and in the evaluation of the effect and / or adherence to therapy. The global volatile metabolome of urine was also explored using an HSSPME/GC×GC–ToFMS method and c.a. 200 compounds were identified. A targeted analysis was performed, with 78 compounds related with lipid peroxidation and consequently to oxidative stress levels and inflammation. The urinary non-volatile metabolomic pattern of asthma was established using proton nuclear magnetic resonance (1H NMR). This analysis allowed identifying central metabolic pathways such as oxidative stress, amino acid and lipid metabolism, gut microflora alterations, alterations in the tricarboxylic acid (TCA) cycle, histidine metabolism, lactic acidosis, and modification of free tyrosine residues after eosinophil stimulation. The obtained results allowed exploring and demonstrating the potential of analyzing the metabolomic profile of exhaled air and urine in asthma. Besides the successful development of analysis methodologies, it was possible to explore through exhaled air and urine biochemical pathways affected by asthma, observing complementarity between matrices, as well as, verify the clinical applicability.

Statistical modelling of extreme rainfall in Madeira Island

Extreme rainfall events have triggered a significant number of flash floods in Madeira Island along its past and recent history. Madeira is a volcanic island where the spatial rainfall distribution is strongly affected by its rugged topography. In this thesis, annual maximum of daily rainfall data from 25 rain gauge stations located in Madeira Island were modelled by the generalised extreme value distribution. Also, the hypothesis of a Gumbel distribution was tested by two methods and the existence of a linear trend in both distributions parameters was analysed. Estimates for the 50– and 100–year return levels were also obtained. Still in an univariate context, the assumption that a distribution function belongs to the domain of attraction of an extreme value distribution for monthly maximum rainfall data was tested for the rainy season. The available data was then analysed in order to find the most suitable domain of attraction for the sampled distribution. In a different approach, a search for thresholds was also performed for daily rainfall values through a graphical analysis. In a multivariate context, a study was made on the dependence between extreme rainfall values from the considered stations based on Kendall’s τ measure. This study suggests the influence of factors such as altitude, slope orientation, distance between stations and their proximity of the sea on the spatial distribution of extreme rainfall. Groups of three pairwise associated stations were also obtained and an adjustment was made to a family of extreme value copulas involving the Marshall–Olkin family, whose parameters can be written as a function of Kendall’s τ association measures of the obtained pairs.

Color measurement using a smartphone applied to Madeira wines

Computer vision is a field that uses techniques to acquire, process, analyze and understand images from the real world in order to produce numeric or symbolic information in the form of decisions [1]. This project aims to use computer vision to prepare an app to analyze a Madeira Wine and characterize it (identify its variety) by its color. Dry or sweet wines, young or old wines have a specific color. It uses techniques to compare histograms in order to analyze the images taken from a test sample inside a special container designed for this purpose. The color analysis from a wine sample using an image captured by a smartphone can be difficult. Many factors affect the captured image such as, light conditions, the background of the sample container due to the many positions the photo can be taken (different to capture facing a white wall or facing the floor for example). Using new technologies such as 3D printing it was possible to create a prototype that aims to control the effect of those external factors on the captured image. The results for this experiment are good indicators for future works. Although it’s necessary to do more tests, the first tests had a success rate of 80% to 90% of correct results. This report documents the development of this project and all the techniques and steps required to execute the tests.

Olfactory perception threshold assessment of volatile acidity in Madeira wines

Madeira wine is a fortified wine with impact in the Madeira Island’s economy. Similarly to other wines, its acidity should be well controlled in order to ensure Madeira wine quality, mostly the volatile acidity. Due to Madeira wine complex flavour, it is crucial to get a better knowledge about the volatile acidity impact in its features, namely determine the perception limit of acetic acid and ethyl acetate, as both are the main contributors for volatile acidity. Firstly, the olfactory perception threshold of volatile acidity was assessed by a trained and an untrained panel, using 5 and 10 years-old Sercial and Malvasia wines. Moreover, the current work also presents the evolution of organic acids, acetic acid and ethyl acetate during 540 days of ageing of Madeira wines (Malvasia, Bual, Verdelho and Sercial), comparing the same wines aged by both traditional ageing processes: canteiro and estufagem. Other wine samples, aged in wood casks (canteiro) for at least 5 years, were also evaluated. HS-SPME followed by GC-MS analysis was used to determine ethyl acetate concentration and IEC-HPLC-DAD was used for the organic acids determination, including acetic acid. The results indicated that acetic acid and ethyl acetate olfactory perception threshold depends essentially on wine’s age. Concerning acetic acid, the untrained panel was in average 5.45 g/L (5 years-old) and 6.22 g/L (10 years-old). Training the expert panel to recognize acetic acid odour, the values decreased for 1.44 g/L (5 years-old) and 1.87 g/L (10 years-old), but still remained higher than the established volatile acidity legal limits. Ethyl acetate threshold was similar for both panels (in average 327.97 mg/L). Both compounds tend to increase exponentially with age, being more evident in sweet wines. Organic acids in young Madeira wines depend mostly on the nature of grape varieties, but this difference is minimized with wine ageing.

Projeto de um protótipo de um veículo elétrico

Os veículos movidos com combustíveis fósseis são, hoje em dia, os veículos mais utilizados em transportes. Estes meios de transporte caracterizam-se pelo seu baixo rendimento e por serem poluentes, pelo que, nos últimos anos, tem havido um esforço em criar ou melhorar meios de transporte, através do aumento do seu rendimento e eliminando a emissão de poluentes. A utilização de máquinas elétricas como meio de locomoção é uma das soluções alternativas, uma vez que, estas apresentam um rendimento elevado e não emitem diretamente gases tóxicos, apesar das baterias serem uma das principais dificuldades, no que diz respeito à relação peso/densidade de energia. Por outro lado, as baterias, devido à sua capacidade de armazenamento de energia, podem ser utilizadas para armazenar energia da rede elétrica, contribuindo para uma melhor gestão, e também para armazenar num veículo elétrico a energia gerada em modo de travagem e que posteriormente pode ser utilizada para fazer mover o motor elétrico. Neste trabalho fez-se um projeto de um veículo elétrico (VE) e estudou-se o impacto da utilização em massa de veículos elétricos na gestão da rede de energia elétrica. A verificação experimental fez-se com um conversor DC/DC bidirecional com uma configuração em ponte H e com um conversor DC/DC redutor unidirecional. Utilizaram-se compensadores clássicos para, em malha fechada, regular o binário, a velocidade e a corrente, através de compensadores Proporcional Integrativo (PI) e Proporcional Integrativo Derivativo (PID). No desenvolvimento deste projeto, fez-se uma análise teórica, realizaram-se simulações na ferramenta MATLAB/Simulink onde foram criados modelos do veículo elétrico para verificar o seu comportamento, e seguidamente analisaram-se experimentalmente estes resultados. O controlo deste veículo foi feito com a utilização de microcontroladores de baixo custo, recorrendo a uma arquitetura de processamento distribuído/partilhado, constituindo esse estudo uma nova contribuição. Os resultados demonstraram que o rendimento dos veículos elétricos em média encontram-se nos 85-90 %, superior aos atuais 40% dos veículos a combustão interna, eliminando também a emissão de poluentes.

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.

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.

Explorando as funções trigonométricas com o software geogebra e calculadora gráfica numa turma de 11º Ano

O presente relatório nasce a determinada altura do nosso percurso académico, na sequência de um trabalho efetuado no âmbito da Prática do Ensino Supervisionado do Mestrado em Ensino de Matemática no 3.º Ciclo do Ensino Básico e no Secundário da Universidade da Madeira, no ano letivo 2011/2012, e tem como objetivo analisar o papel das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) na aprendizagem da Matemática. As estratégias usadas no ensino foram apoiadas na aprendizagem pela descoberta e inspiradas nas práticas utilizadas do Modelo Pedagógico da Escola Moderna (MEM). Esta pedagogia tem como finalidade desenvolver nos alunos o prazer do saber e a sua autonomia nas atividades de investigação e procura também contribuir para a sua formação como cidadãos. Procura-se adotar as metodologias utilizadas no MEM e no Projeto Construindo o Êxito em Matemática (CEM) Programa de Formação Contínua de Professores de Matemática aos alunos de uma turma do 8.º Ano e do 11.º Ano e analisa-se as diferentes posturas dos mesmos face às diferentes oportunidades de aprendizagem propostas. Este estudo foi aplicado nas diversas unidades lecionadas ao longo do estágio, partindo das seguintes questões orientadoras: Qual a importância da utilização das TIC no ambiente real de sala de aula?; Como é que a utilização da calculadora científica e de software de geometria dinâmica contribuem para o desenvolvimento do raciocínio e da comunicação matemática?. Neste trabalho investigativo, utilizei o método qualitativo onde a recolha de dados foi baseada na observação direta dos alunos em contexto de sala de aula, assim, como nos registos efetuados ao longo das aulas no diário de bordo. Conclui-se que o processo de ensino-aprendizagem é construído constantemente, e para tal construção, é essencial a organização da escola como um todo, onde todos os sujeitos são parte integrante do processo de ensino-aprendizagem.