Cartografia e avaliação geotécnica de blocos rochosos em plataformas costeiras (Gaia, NW Portugal)

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

Weakly spectrally complete pair of matrices

Let and be matrices over an algebraically closed field. Let be elements of such that and . We give necessary and sufficient condition for the existence of matrices and similar to and, respectively, such that has eigenvalues.

Aplicação de um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) na expansão da rede de distribuição de energia elétrica em Angola

Em Angola, apenas cerca de 30% da população tem acesso à energia elétrica, nível que decresce para valores inferiores a 10% em zonas rurais mais remotas. Este problema é agravado pelo facto de, na maioria dos casos, as infraestruturas existentes se encontrarem danificadas ou não acompanharem o desenvolvimento da região. Em particular na capital angolana, Luanda que, sendo a menor província de Angola, é a que regista atualmente a maior densidade populacional. Com uma população de cerca de 5 milhões de habitantes, não só há frequentemente problemas relacionados com a falha do fornecimento de energia elétrica como há ainda uma percentagem considerável de municípios onde a rede elétrica ainda nem sequer chegou. O governo de Angola, no seu esforço de crescimento e aproveitamento das suas enormes potencialidades, definiu o setor energético como um dos fatores críticos para o desenvolvimento sustentável do país, tendo assumido que este é um dos eixos prioritários até 2016. Existem objetivos claros quanto à reabilitação e expansão das infraestruturas do setor elétrico, aumentando a capacidade instalada do país e criando uma rede nacional adequada, com o intuito não só de melhorar a qualidade e fiabilidade da rede já existente como de a aumentar. Este trabalho de dissertação consistiu no levantamento de dados reais relativamente à rede de distribuição de energia elétrica de Luanda, na análise e planeamento do que é mais premente fazer relativamente à sua expansão, na escolha dos locais onde é viável localizar novas subestações, na modelação adequada do problema real e na proposta de uma solução ótima para a expansão da rede existente. Depois de analisados diferentes modelos matemáticos aplicados ao problema de expansão de redes de distribuição de energia elétrica encontrados na literatura, optou-se por um modelo de programação linear inteira mista (PLIM) que se mostrou adequado. Desenvolvido o modelo do problema, o mesmo foi resolvido por recurso a software de otimização Analytic Solver e CPLEX. Como forma de validação dos resultados obtidos, foi implementada a solução de rede no simulador PowerWorld 8.0 OPF, software este que permite a simulação da operação do sistema de trânsito de potências.

Dimensão do sector público e crescimento económico: uma relação não linear na União Europeia dos 15?

Os Estados-Membros da União Europeia têm tido a preocupação de reduzirem a dimensão da Administração Pública na economia, a par de a tornar muito mais eficiente de forma a promover o crescimento económico. Neste artigo analisam-se as relações entre a despesa pública e o crescimento económico em 14 Estados-Membros da União Europeia dos 15, com o objectivo de determinar a dimensão óptima das Administrações Públicas, tendo por base teórica a Curva de Armey. Os resultados, para o período 1965-2007, sugerem uma dimensão do sector público maximizadora do crescimento económico de 47,37% e 22,17% do PIB, quando avaliada pelas despesas públicas totais e o consumo público, respectivamente.

Modelação e reforço de vigas de betão armado com laminados de fibra de carbono

Com o atual estado da construção em Portugal, a reabilitação urbana é uma realidade. Com muitos dos edifícios a necessitarem de reforço, procurou-se abordar o comportamento real das estruturas, indo além da típica análise linear elástica. Desta forma, pretendeu-se aumentar o conhecimento acerca da modelação numérica não-linear de estruturas de betão armado, expondo modelos de cálculo relativamente simples e de fácil compreensão, com o objetivo de servir de base a uma avaliação da capacidade de carga de um elemento estrutural. O modelo de cálculo foi validado com recurso ao trabalho experimental de Bresler e Scordelis (1963). Analisou-se o comportamento até à rotura de três vigas ensaiadas à flexão. Posteriormente, foi realizado um estudo paramétrico de algumas propriedades do betão com vista à discussão do melhor de ajuste. Em seguida, já no campo do reforço estrutural, simulou-se numericamente vigas reforçadas com CFRP, com recurso à técnica EBR e NSM. Comparam-se os resultados numéricos com os ensaios experimentais de Cruz et al. (2011a). Avaliou-se ainda o desempenho de soluções alternativas com variações na área e comprimento dos laminados. Para finalizar, foi desenvolvida uma campanha experimental com diferentes áreas de reforço. Conceberam-se e executaram-se três vigas de betão armado sobre as quais se instalaram laminados de CFRP. Os resultados experimentais são apresentados e discutidos à luz dos resultados do respetivo modelo numérico. No cômputo geral, o presente trabalho permitiu aferir a validade de modelos não-lineares na previsão do comportamento efetivo das estruturas até à rotura. Assinala-se a concordância em vários resultados experimentais analisados. Ficaram também patentes os principais fenómenos ligados ao reforço de vigas com CFRP, focados nos respetivos modelos de cálculo e nos resultados experimentais apresentados.

Relação entre a catastrofização da dor, percepção da intensidade da dor e incapacidade funcional em utentes com cdor crónica cervical

RESUMO: Introdução/Objectivo: A influência dos factores psicossociais, e nomeadamente da catastrofização da dor, na percepção da intensidade da dor e na incapacidade funcional, auto-reportada por indivíduos com dor crónica cervical (DCC), tem sido alvo de estudo em vários países, evidenciando o constructo multidimensional da DCC. Neste sentido, esta investigação pretende estudar se a catastrofização da dor, é uma variável preditiva relativamente à percepção da intensidade da dor, e à incapacidade funcional. Secundariamente procurou-se averiguar se as relações encontradas se mantêm estáveis antes e após exposição a uma intervenção em fisioterapia. Metodologia: Neste estudo participaram 40 indivíduos com DCC de origem músculo-esquelética e causa não traumática, que foram expostos a uma intervenção em fisioterapia no Centro de Medicina de Reabilitação do Alcoitão e na Clinica AlcaisFisio, que cumpriram os critérios de inclusão e aceitarem participar livremente no mesmo. A recolha de dados realizou-se em dois momentos distintos, antes e após exposição à intervenção em fisioterapia. A catastrofização da dor foi avaliada por meio da Escala de Catastrofização da Dor (PCS), a intensidade da dor pela Escala Numérica da Dor (END), sendo realizada a medição da incapacidade funcional através do Neck Disability Index versão Portuguesa (NDI-PT). A análise estatística incluiu duas fases: fase descritiva e fase inferencial. Foram desenvolvidos modelos de regressão linear com vista a testar o poder preditivo da catastrofização da dor sobre a intensidade da dor e a incapacidade funcional. O nível de significância para o qual os valores se consideraram satisfatórios foi de p<0,05. O tratamento dos dados foi realizado no software PASW versão 18. Resultados: Observou-se que existe uma relação moderada, positiva e significativa, nos dois momentos de avaliação, entre a catastrofização da dor e a percepção da intensidade da dor (p<0,001), apresentando um poder preditivo de 27,9% e 46,7%, das pontuações da intensidade da dor, antes e após exposição à intervenção em fisioterapia, espectivamente. Observou-se que a catastrofização da dor tem uma relação forte, positiva e significativa com a incapacidade funcional, nos dois momentos de avaliação (p<0,001), predizendo 51,8% e 61,8%, das pontuações da incapacidade funcional, antes e após exposição à intervenção em fisioterapia, respectivamente. Conclusão: A catastrofização da dor é um factor psicossocial que apresenta relação moderada com a percepção da intensidade da dor, e forte com a incapacidade funcional auto-reportada por indivíduos com DCC de origem músculo-esquelética e causa não traumática, antes e após exposição à intervenção em fisioterapia. Os resultados do estudo sugerem, assim, uma importante influência da catastrofização da dor sobre a percepção da intensidade da dor e a incapacidade funcional em indivíduos com DCC, realçando o constructo multidimensional da DCC. ------------ABSTRACT: Background and Purpose: The influence of psychosocial factors, particularly, the pain catastrophizing, on pain intensity and functional disability in individuals with chronic neck pain (CNP) has been report among recent research literature. The first aim of this research was to verify the predictive value of pain catastrophizing on pain intensity and patient’s functional disability. Secondly it aimed to verify the stability of these relations before and after a physiotherapy treatment. Methodology: A sample of 40 subjects with CNP of musculoskeletal and non-traumatic causes was recruited from the patient’s list of two private clinics in Lisbon district following verification of the inclusion criteria. All participants agree to participate in the study and signed a consent form. Data was collected immediately before and after a period of physiotherapy treatment. Pain catastrophizing was assessed by the Pain Catastrophizing Scale (PCS-PT), patient perception of pain intensity was measured by the Numerical Rating Scale (NRS), and functional disability was measured through the Neck Disability Index (NDI-PT). Data was analyzed through descriptive and inferential statistics. Linear regression models were developed in order to test the predictive power of pain catastrophizing on pain intensity and functional disability. The minimal level of significance established was p<0,05. Data analysis was performed using the software PASW version 18. Results: A positive moderate relationship between pain catastrophizing and pain intensity was founded in both moments, before and after physiotherapy intervention, of data collection (p<0,001) with a predictive power of 27,9% and 46,7%, respectively. A positive strong relationship between pain catastrophizing and functional disability was founded in both moments, before and after physiotherapy intervention, of data collection (p<0,001), with a predictive power of 51,8% and 61,8%, respectively. Conclusion: Pain catastrophizing is a psychosocial factor that is correlated moderately with the perception of pain intensity and strongly with self-reported functionaldisability for individuals with CNP musculoskeletal origin and non-traumatic causes,before and after a physiotherapy intervention. The results of this study suggest that pain catastrophizing has an important influence on the report levels of pain intensity and functional disability in CNP patients. These results also emphasize the multidimensional nature of chronic neck pain.

Design of New Materials for Passive Vibration Control

The aim of this contribution is to extend the techniques of composite materials design to non-linear material behaviour and apply it for design of new materials for passive vibration control. As a first step a computational tool allowing determination of macroscopic optimized one-dimensional isolator behaviour was developed. Voigt, Maxwell, standard and more complex material models can be implemented. Objective function considers minimization of the initial reaction and/or displacement peak as well as minimization of the steady-state amplitude of reaction and/or displacement. The complex stiffness approach is used to formulate the governing equations in an efficient way. Material stiffness parameters are assumed as non-linear functions of the displacement. The numerical solution is performed in the complex space. The steady-state solution in the complex space is obtained by an iterative process based on the shooting method which imposes the conditions of periodicity with respect to the known value of the period. Extension of the shooting method to the complex space is presented and verified. Non-linear behaviour of material parameters is then optimized by generic probabilistic meta-algorithm, simulated annealing. Dependence of the global optimum on several combinations of leading parameters of the simulated annealing procedure, like neighbourhood definition and annealing schedule, is also studied and analyzed. Procedure is programmed in MATLAB environment.

Desenvolvimento de um procedimento de Numerical Site Calibration para um Parque Eólico usando Dinâmica de Fluidos Computacional

Esta dissertação descreve o desenvolvimento e avaliação de um procedimento de \Numerical Site Calibration" (NSC) para um Parque Eólico, situado a sul de Portugal, usando Dinâmica de Fluídos Computacional (CFD). O NSC encontra-se baseado no \Site Calibration" (SC), sendo este um método de medição padronizado pela Comissão Electrónica Internacional através da norma IEC 61400. Este método tem a finalidade de quantificar e reduzir os efeitos provocados pelo terreno e por possíveis obstáculos, na medição do desempenho energético das turbinas eólicas. Assim, no SC são realizadas medições em dois pontos, no mastro referência e no local da turbina (mastro temporário). No entanto, em Parques Eólicos já construídos, este método não é aplicável visto ser necessária a instalação de um mastro de medição no local da turbina e, por conseguinte, o procedimento adequado para estas circunstâncias é o NSC. O desenvolvimento deste método é feito por um código CFD, desenvolvido por uma equipa de investigação do Instituto Superior de Engenharia do Porto, designado de WINDIETM, usado extensivamente pela empresa Megajoule Inovação, Lda em aplicações de energia eólica em todo mundo. Este código é uma ferramenta para simulação de escoamentos tridimensionais em terrenos complexos. As simulações do escoamento são realizadas no regime transiente utilizando as equações de Navier-Stokes médias de Reynolds com aproximação de Bussinesq e o modelo de turbulência TKE 1.5. As condições fronteira são provenientes dos resultados de uma simulação realizada com Weather Research and Forecasting, WRF. Estas simulações dividem-se em dois grupos, um dos conjuntos de simulações utiliza o esquema convectivo Upwind e o outro utiliza o esquema convectivo de 4aordem. A análise deste método é realizada a partir da comparação dos dados obtidos nas simulações realizadas no código WINDIETM e a coleta de dados medidos durante o processo SC. Em suma, conclui-se que o WINDIETM e as suas configurações reproduzem bons resultados de calibração, ja que produzem erros globais na ordem de dois pontos percentuais em relação ao SC realizado para o mesmo local em estudo.

Electrophoretic protein patterns and numerical analysis of Candida albicans from the oral cavities of healthy children

The aim of this research was to evaluate the protein polymorphism degree among seventy-five C. albicans strains from healthy children oral cavities of five socioeconomic categories from eight schools (private and public) in Piracicaba city, São Paulo State, in order to identify C. albicans subspecies and their similarities in infantile population groups and to establish their possible dissemination route. Cell cultures were grown in YEPD medium, collected by centrifugation, and washed with cold saline solution. The whole-cell proteins were extracted by cell disruption, using glass beads and submitted to SDS-PAGE technique. After electrophoresis, the protein bands were stained with Coomassie-blue and analyzed by statistics package NTSYS-pc version 1.70 software. Similarity matrix and dendrogram were generated by using the Dice similarity coefficient and UPGMA algorithm, respectively, which made it possible to evaluate the similarity or intra-specific polymorphism degrees, based on whole-cell protein fingerprinting of C. albicans oral isolates. A total of 13 major phenons (clusters) were analyzed, according to their homogeneous (socioeconomic category and/or same school) and heterogeneous (distinct socioeconomic categories and/or schools) characteristics. Regarding to the social epidemiological aspect, the cluster composition showed higher similarities (0.788 < S D < 1.0) among C. albicans strains isolated from healthy children independent of their socioeconomic bases (high, medium, or low). Isolates of high similarity were not found in oral cavities from healthy children of social stratum A and D, B and D, or C and E. This may be explained by an absence of a dissemination route among these children. Geographically, some healthy children among identical and different schools (private and public) also are carriers of similar strains but such similarity was not found among other isolates from children from certain schools. These data may reflect a restricted dissemination route of these microorganisms in some groups of healthy scholars, which may be dependent of either socioeconomic categories or geographic site of each child. In contrast to the higher similarity, the lower similarity or higher polymorphism degree (0.499 < S D < 0.788) of protein profiles was shown in 23 (30.6%) C. albicans oral isolates. Considering the social epidemiological aspect, 42.1%, 41.7%, 26.6%, 23.5%, and 16.7% were isolates from children concerning to socioeconomic categories A, D, C, B, and E, respectively, and geographically, 63.6%, 50%, 33.3%, 33.3%, 30%, 25%, and 14.3% were isolates from children from schools LAE (Liceu Colégio Albert Einstein), MA (E.E.P.S.G. "Prof. Elias de Melo Ayres"), CS (E.E.P.G. "Prof. Carlos Sodero"), AV (Alphaville), HF (E.E.P.S.G. "Honorato Faustino), FMC (E.E.P.G. "Prof. Francisco Mariano da Costa"), and MEP (E.E.P.S.G. "Prof. Manasses Ephraim Pereira), respectively. Such results suggest a higher protein polymorphism degree among some strains isolated from healthy children independent of their socioeconomic strata or geographic sites. Complementary studies, involving healthy students and their families, teachers, servants, hygiene and nutritional habits must be done in order to establish the sources of such colonization patterns in population groups of healthy children. The whole-cell protein profile obtained by SDS-PAGE associated with computer-assisted numerical analysis may provide additional criteria for the taxonomic and epidemiological studies of C. albicans.

Numerical analysis of the initial conditions in fractional systems

Fractional dynamics is a growing topic in theoretical and experimental scientific research. A classical problem is the initialization required by fractional operators. While the problem is clear from the mathematical point of view, it constitutes a challenge in applied sciences. This paper addresses the problem of initialization and its effect upon dynamical system simulation when adopting numerical approximations. The results are compatible with system dynamics and clarify the formulation of adequate values for the initial conditions in numerical simulations.

On the numerical computation of the Mittag-Leffler function

Recently simple limiting functions establishing upper and lower bounds on the Mittag-Leffler function were found. This paper follows those expressions to design an efficient algorithm for the approximate calculation of expressions usual in fractional-order control systems. The numerical experiments demonstrate the superior efficiency of the proposed method.

Integer/fractional decomposition of the impulse response of fractional linear systems

The decomposition of a fractional linear system is discussed in this paper. It is shown that it can be decomposed into an integer order part, corresponding to possible existing poles, and a fractional part. The first and second parts are responsible for the short and long memory behaviors of the system, respectively, known as characteristic of fractional systems.

Numerical calculation of the left and right fractional derivatives

The calculation of fractional derivatives is an important topic in scientific research. While formal definitions are clear from the mathematical point of view, they pose limitations in applied sciences that have not been yet tackled. This paper addresses the problem of obtaining left and right side derivatives when adopting numerical approximations. The results reveal the relationship between the resulting distinct values for different fractional orders and types of signals.

A Review of Operational Matrices and Spectral Techniques for Fractional Calculus

Recently, operational matrices were adapted for solving several kinds of fractional differential equations (FDEs). The use of numerical techniques in conjunction with operational matrices of some orthogonal polynomials, for the solution of FDEs on finite and infinite intervals, produced highly accurate solutions for such equations. This article discusses spectral techniques based on operational matrices of fractional derivatives and integrals for solving several kinds of linear and nonlinear FDEs. More precisely, we present the operational matrices of fractional derivatives and integrals, for several polynomials on bounded domains, such as the Legendre, Chebyshev, Jacobi and Bernstein polynomials, and we use them with different spectral techniques for solving the aforementioned equations on bounded domains. The operational matrices of fractional derivatives and integrals are also presented for orthogonal Laguerre and modified generalized Laguerre polynomials, and their use with numerical techniques for solving FDEs on a semi-infinite interval is discussed. Several examples are presented to illustrate the numerical and theoretical properties of various spectral techniques for solving FDEs on finite and semi-infinite intervals.

An efficient numerical scheme for solving multi-dimensional fractional optimal control problems with a quadratic performance index

The shifted Legendre orthogonal polynomials are used for the numerical solution of a new formulation for the multi-dimensional fractional optimal control problem (M-DFOCP) with a quadratic performance index. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. The Lagrange multiplier method for the constrained extremum and the operational matrix of fractional integrals are used together with the help of the properties of the shifted Legendre orthonormal polynomials. The method reduces the M-DFOCP to a simpler problem that consists of solving a system of algebraic equations. For confirming the efficiency and accuracy of the proposed scheme, some test problems are implemented with their approximate solutions.