Fractais - Aplicações em Engenharia

Num universo despovoado de formas geométricas perfeitas, onde proliferam superfícies irregulares, difíceis de representar e de medir, a geometria fractal revelou-se um instrumento poderoso no tratamento de fenómenos naturais, até agora considerados erráticos, imprevisíveis e aleatórios. Contudo, nem tudo na natureza é fractal, o que significa que a geometria euclidiana continua a ser útil e necessária, o que torna estas geometrias complementares. Este trabalho centra-se no estudo da geometria fractal e na sua aplicação a diversas áreas científicas, nomeadamente, à engenharia. São abordadas noções de auto-similaridade (exata, aproximada), formas, dimensão, área, perímetro, volume, números complexos, semelhança de figuras, sucessão e iterações relacionadas com as figuras fractais. Apresentam-se exemplos de aplicação da geometria fractal em diversas áreas do saber, tais como física, biologia, geologia, medicina, arquitetura, pintura, engenharia eletrotécnica, mercados financeiros, entre outras. Conclui-se que os fractais são uma ferramenta importante para a compreensão de fenómenos nas mais diversas áreas da ciência. A importância do estudo desta nova geometria, é avassaladora graças à sua profunda relação com a natureza e ao avançado desenvolvimento tecnológico dos computadores.

Cartografia de zonamento geotécnico em frentes de escavação de maciços rochosos heterogéneos (túnel do Marão): aplicação da classificação geomecânica GSI|2013

Este estudo pretende discutir a validade da aplicação da mais recente versão do “GSI – Geological Strength Index” (Hoek et al., 2013) em maciços rochosos heterogéneos por aplicação num projecto de obra subterrânea em execução. O estudo envolveu a caracterização geológicageotécnica nas duas frentes de escavação da frente “Poente” da empreitada de construção do Túnel do Marão (N de Portugal) tendo sido cartografados 305 metros no conjunto das duas frentes em 74 avanços consecutivos. Para esta caracterização foram coligidos e uniformizados dados geológicos, geotécnicos e geomecânicos relativos aos levantamentos realizados a cada avanço. A técnica da amostragem linear foi aplicada para a cartografia das descontinuidades que permitiu estabelecer o grau de compartimentação do maciço rochoso. Além disso, procedeu‐se a um tratamento estatístico das descontinuidades, bem como dos parâmetros geológico‐geotécnicos e geomecânicos associados. Os zonamentos geotécnicos e geomecânicos das secções em análise foram realizados sempre em estreita ligação com o conhecimento das características do maciço in situ. Procurou‐se estabelecer termos de comparação entre a versão do GSI|2013 e as versões anteriores (GSI|98, GSI|2001) por aplicação para os avanços cartografados. Pretende‐se que este trabalho contribua para um maior conhecimento da mais recente versão do “Geological Strength Index” (2013) para a sua aplicabilidade em projectos de geoengenharia.

Hydrogeomechanics for rock engineering: coupling subsurface hydrogeomechanical assessement and hydrogeotechnical mapping on fracturated rock masses

The present work aims to achieve and further develop a hydrogeomechanical approach in Caldas da Cavaca hydromineral system rock mass (Aguiar da Beira, NW Portugal), and contribute to a better understanding of the hydrogeological conceptual site model. A collection of several data, namely geology, hydrogeology, rock and soil geotechnics, borehole hydraulics and hydrogeomechanics, was retrieved from three rock slopes (Lagoa, Amores and Cancela). To accomplish a comprehensive analysis and rock engineering conceptualisation of the site, a multi‐technical approach were used, such as, field and laboratory techniques, hydrogeotechnical mapping, hydrogeomechanical zoning and hydrogeomechanical scheme classifications and indexes. In addition, a hydrogeomechanical data analysis and assessment, such as Hydro‐Potential (HP)‐Value technique, JW Joint Water Reduction index, Hydraulic Classification (HC) System were applied on rock slopes. The hydrogeomechanical zone HGMZ 1 of Lagoa slope achieved higher hydraulic conductivities with poorer rock mass quality results, followed by the hydrogeomechanical zone HGMZ 2 of Lagoa slope, with poor to fair rock mass quality and lower hydraulic parameters. In addition, Amores slope had a fair to good rock mass quality and the lowest hydraulic conductivity. The hydrogeomechanical zone HGMZ 3 of Lagoa slope, and the hydrogeomechanical zones HGMZ 1 and HGMZ 2 of Cancela slope had a fair to poor rock mass quality but were completely dry. Geographical Information Systems (GIS) mapping technologies was used in overall hydrogeological and hydrogeomechanical data integration in order to improve the hydrogeological conceptual site model.

Estudo da redução de consumos energéticos de uma Piscina Municipal

As cada vez mais importantes questões ambientais levam à imprescindibilidade da eficiência energética, sendo que esta tem cada vez mais importância a nível mundial. Deste modo, a eficiência energética, quer por uma obrigação legal (devido aos níveis de consumo) quer por questões de estatuto no mercado (imagem de uma empresa amiga do ambiente), está bem presente no mundo industrial. Portugal apresenta, no que diz respeito à situação energética, uma forte dependência externa, acima dos 70 %. Em 2012, informação disponível pela Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG), o consumo total de energia primária era de 21.482 ktep e mais de 55 % desse consumo era proveniente de origem fóssil. Os setores que apresentam maiores consumos de eletricidade por setor de atividade são a Indústria e o setor de Serviços, onde estão presentes os edifícios com consumos perto dos 33 %. De forma a promover a eficiência energética e implementar a utilização racional de energia foram criados programas, estratégias e legislação que permitiram incentivar a diminuição dos consumos de energia nos edifícios de serviço. Uma das metodologias implementadas passa pela gestão de energia, ou seja, para atuar é necessário conhecer os fluxos de energia de um edifício. As auditorias energéticas permitem realizar um levantamento e análise desses mesmos fluxos, com o desígnio de identificar oportunidades de racionalização de consumo de energia. Nesta dissertação foi realizado um estudo da redução de consumos energéticos de uma piscina municipal baseado em dados de uma auditoria energética. Através da auditoria foi possível obter um resultado do exame energético, caracterizar o perfil real de utilização da energia elétrica e caracterizar os equipamentos dos consumidores energéticos instalados. Também permitiu realizar um levantamento térmico, de forma conhecer as temperaturas e a humidade relativa do edifício. Por fim, são apresentadas cinco medidas e algumas recomendações de eficiência energética, que permitem uma redução do consumo anual à instalação de cerca de 20%. Procedeu-se, também, a uma análise dos dados obtidos na auditoria, de forma a identificar algumas oportunidades de racionalização de energia.

Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Localização de Precisão Usando Redes Sem Fios Enterradas

As Redes Sem Fios Enterradas (Wireless Underground Networks - WUN) são formadas por nós que comunicam entre si através de ligações sem fios e têm como meio de propagação o solo. Os sistemas de localização mais utilizados atualmente têm desvantagens ao nível da precisão e o custo. Nesta tese é proposta uma solução de localização de precisão que recorre à utilização de redes sem fios enterradas e um algoritmo de posicionamento baseados em Wi-Fi. O objetivo é estimar a localização de objetos, utilizando dispositivos Wi-Fi de baixo custo. Os resultados experimentais obtidos demonstram que o erro de localização é inferior a 0,40 m, e que esta solução é viável para, por exemplo, localizar jogadores num campo de futebol ou localizar um objeto num campo agrícola.

An Atlas for the future National Park: Las Cumbres de la Sierra de Guadarrama

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Development of an integrative approach for the characterization of ecological risk on marine transition ecosystems: the Sado Estuary as a case study

Estuaries and other transitional waters are complex ecosystems critically important as nursery and shelter areas for organisms. Also, humans depend on estuaries for multiple socio-economical activities such as urbanism, tourism, heavy industry, (taking advantage of shipping), fisheries and aquaculture, the development of which led to strong historical pressures, with emphasis on pollution. The degradation of estuarine environmental quality implies ecologic, economic and social prejudice, hence the importance of evaluating environmental quality through the identification of stressors and impacts. The Sado Estuary (SW Portugal) holds the characteristics of industrialized estuaries, which results in multiple adverse impacts. Still, it has recently been considered moderately contaminated. In fact, many studies were conducted in the past few years, albeit scattered due to the absence of true biomonitoring programmes. As such, there is a need to integrate the information, in order to obtain a holistic perspective of the area able to assist management and decision-making. As such, a geographical information system (GIS) was created based on sediment contamination and biomarker data collected from a decade-long time-series of publications. Four impacted and a reference areas were identified, characterized by distinct sediment contamination patterns related to different hot spots and diffuse sources of toxicants. The potential risk of sediment-bound toxicants was determined by contrasting the levels of pollutants with available sediment quality guidelines, followed by their integration through the Sediment Quality guideline Quotient (SQG-Q). The SQG-Q estimates per toxicant or class was then subjected to georreferencing and statistical analyses between the five distinct areas and seasons. Biomarker responses were integrated through the Biomarkers Consistency Indice and georreferenced as well through GIS. Overall, in spite of the multiple biological traits surveyed, the biomarker data (from several organisms) are accordant with sediment contamination. The most impacted areas were the shipyard area and adjacent industrial belt, followed by urban and agricultural grounds. It is evident that the estuary, although globally moderately impacted, is very heterogeneous and affected by a cocktail of contaminants, especially metals and polycyclic aromatic hydrocarbon. Although elements (like copper, zinc and even arsenic) may originate from the geology of the hydrographic basin of the Sado River, the majority of the remaining contaminants results from human activities. The present work revealed that the estuary should be divided into distinct biogeographic units, in order to implement effective measures to safeguard environmental quality.

Determination of the most suitable oil pipeline route using GIS least cost path analysis

The Keystone XL has a big role for transforming Canadian oil to the USA. The function of the pipeline is decreasing the dependency of the American oil industry on other countries and it will help to limit external debt. The proposed pipeline seeks the most suitable route which cannot damage agricultural and natural water recourses such as the Ogallala Aquifer. Using the Geographic Information System (GIS) techniques, the suggested path in this study got extremely high correct results that will help in the future to use the least cost analysis for similar studies. The route analysis contains different weighted overlay surfaces, each, was influenced by various criteria (slope, geology, population and land use). The resulted least cost path routes for each weighted overlay surface were compared with the original proposed pipeline and each displayed surface was more effective than the proposed Keystone XL pipeline.

Analysis of classification algorithms for crop detection using LANDSAT 8 images

Remote sensing - the acquisition of information about an object or phenomenon without making physical contact with the object - is applied in a multitude of different areas, ranging from agriculture, forestry, cartography, hydrology, geology, meteorology, aerial traffic control, among many others. Regarding agriculture, an example of application of this information is regarding crop detection, to monitor existing crops easily and help in the region’s strategic planning. In any of these areas, there is always an ongoing search for better methods that allow us to obtain better results. For over forty years, the Landsat program has utilized satellites to collect spectral information from Earth’s surface, creating a historical archive unmatched in quality, detail, coverage, and length. The most recent one was launched on February 11, 2013, having a number of improvements regarding its predecessors. This project aims to compare classification methods in Portugal’s Ribatejo region, specifically regarding crop detection. The state of the art algorithms will be used in this region and their performance will be analyzed.

LAGO AMAZONAS: FACT OR FANCY?

It has been suggested that a huge lake, Lago Amazonas, covered a large part of the Amazon basin until as recently as two thousand years ago. According to this hypothesis, the topmost sediments in western Amazonia are almost universally young deposite of lacustrine and deltaic origin. The hypothesis has gained some attention among biologists because of its implications for biological phenomena in Amazonia, especially biogeography and biodiversity. According to the available geological data, however, Amazonia is geologically far more complex than assumed by the lake hypothesis. In the following discussion we will point out the weaknesses of the Lago Amazonas hypothesis, and indicate alternative explanations of the surface geology that are based on tectonically controlled fluvial deposition.

Organização da clandestinidade política do PCP: da Ditadura militar ao 25 de Abril de 1974

A presente dissertação demonstra a evolução da organização clandestina do PCP ao longo do período ditatorial português do Século XX (1926-1974). Tendo em conta o período de clandestinidade de um partido de oposição à ditadura como foi o PCP, importa verificar como ao longo dos anos o partido adaptou a sua organização à conjuntura política interna e externa. Estudar o PCP na clandestinidade é certamente abordar a capacidade de recuperação de uma organização política sujeita à frequente repressão e violência política. A organização clandestina do PCP, apesar de passar por períodos de maior ou menor crescimento orgânico, teve uma estratégia de organização das suas casas clandestinas que foi variando ao longo do período de tempo abordado nesta dissertação.

As potencialidades pedagógicas da WebQuest no ensino e aprendizagem da Geologia: um estudo com alunos do 11.º ano no tema "Principais etapas de formação das rochas sedimentares"

Relatório de estágio de mestrado em Ensino de Biologia e Geologia no 3.º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário

A resolução de problemas como estratégia de promoção da educação ambiental para a sustentabilidade: uma intervenção com alunos de 11º ano centrada no tópico da exploração de recursos geológicos na disciplina de Biologia e Geologia

Relatório de estágio de mestrado em Ensino de Biologia e de Geologia no 3º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário

A aprendizagem baseada na resolução de problemas na aprendizagem da Geologia: uma intervenção centrada no tópico "Ocupação antrópica e problemas de ordenamento"

Dissertação de mestrado em Ensino de Biologia e Geologia no 3º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário