Streamflow response of a small forested catchment on different timescales

The hydrological response of a catchment to rainfall on different timescales is result of a complex system involving a range of physical processes which may operate simultaneously and have different spatial and temporal influences. This paper presents the analysis of streamflow response of a small humid-temperate catchment (Aixola, 4.8 km(2)) in the Basque Country on different timescales and discusses the role of the controlling factors. Firstly, daily time series analysis was used to establish a hypothesis on the general functioning of the catchment through the relationship between precipitation and discharge on an annual and multiannual scale (2003-2008). Second, rainfall-runoff relationships and relationships among several hydrological variables, including catchment antecedent conditions, were explored at the event scale (222 events) to check and improve the hypothesis. Finally, the evolution of electrical conductivity (EC) during some of the monitored storm events (28 events) was examined to identify the time origin of waters. Quick response of the catchment to almost all the rainfall events as well as a considerable regulation capacity was deduced from the correlation and spectral analyses. These results agree with runoff event scale data analysis; however, the event analysis revealed the non-linearity of the system, as antecedent conditions play a significant role in this catchment. Further, analysis at the event scale made possible to clarify factors controlling (precipitation, precipitation intensity and initial discharge) the different aspects of the runoff response (runoff coefficient and discharge increase) for this catchment. Finally, the evolution of EC of the waters enabled the time origin (event or pre-event waters) of the quickflow to be established; specifically, the conductivity showed that pre-event waters usually represent a high percentage of the total discharge during runoff peaks. The importance of soil waters in the catchment is being studied more deeply.

Estresse no trabalho e pressão arterial: reflexões metodológicas sobre linearidade e operacionalização da exposição

O modelo demanda-controle proposto por Karasek caracteriza as situações de estresse no ambiente laboral que é definido pela alta exigência no trabalho resultante da combinação do efeito da demanda psicológica no trabalho (estressores) e moderadores do estresse, especialmente a capacidade de tomar decisões (controle). Existem diversas formas de operacionalizar a exposição (alta exigência no trabalho) descritas na literatura. No entanto, não há consenso sobre qual a melhor operacionalização. Outra questão negligenciada pela maioria dos autores é a forma funcional da curva exposição-resposta ou não linearidade da associação. Entre os desfechos avaliados em estudos sobre os efeitos do estresse no trabalho, usando o modelo demanda-controle, estão as doenças cardiovasculares, como a hipertensão arterial. Contudo, os resultados relatados parecem conflitantes sobre a associação entre o estresse no trabalho e a hipertensão arterial. Os objetivos deste trabalho são estudar a associação entre o estresse no trabalho e aumento da pressão arterial/hipertensão arterial usando as diferentes formas de operacionalização do estresse no trabalho e avaliar a curva exposição-resposta quanto à linearidade. O trabalho é um estudo seccional desenvolvido na população do Estudo Pró-Saúde que é composta por servidores públicos de uma universidade no Rio de Janeiro. Modelos de regressão usando diferentes distribuições foram usados para estimar a associação entre a alta exigência no trabalho e a pressão arterial/hipertensão arterial. Funções não lineares foram utilizadas para investigar a linearidade da associação entre a exposição e os desfechos. Os resultados sugerem que a relação entre a dimensão controle e a pressão arterial seja não linear. Foram observadas associações significativas entre alta exigência no trabalho e pressão arterial sistólica e diastólica para algumas formas de operacionalização da exposição, quando analisados separadamente. No entanto, quando analisadas de forma conjunta por meio do modelo de resposta bivariada não foi encontrada associação. Também não foi encontrada associação entre a alta exigência no trabalho e hipertensão arterial para nenhuma forma de operacionalização da exposição. Os modelos estatísticos com melhor ajuste foram aqueles em que a exposição foi operacionalizada por meio de quadrantes gerados pela mediana de cada uma das dimensões e de forma dicotômica com termo de interação entre demanda psicológica e controle. Neste estudo estas foram as formas mais adequadas de operacionalização. Os resultados também mostram que a associação entre a dimensão controle e a pressão arterial é não linear. Conclui-se que não há garantia de linearidade da associação entre estresse no trabalho e pressão arterial e que essa associação pode ser influenciada pela forma de operacionalização da exposição e do desfecho ou da estratégia de modelagem.

Transformações socioespaciais em Angra dos Reis e Parati (RJ) de 1960/70 a 2010

Esta pesquisa tem como objetivo analisar as transformações socioespaciais ocorridas em Angra dos Reis e Parati no período que compreende os anos de 1960/70 a 2010. Para isso, discutiu-se o conceito de espaço geográfico considerando obras dos autores Milton Santos, Doreen Massey e Roberto Lobato Corrêa, buscando identificar as concepções destes sobre o conceito em questão e de que maneira as transformações ocorrem nos espaços, alterando sua forma e conteúdo de maneira singular e diversa. A possibilidade do acontecer diferente, da não linearidade dos espaços no tempo e de que a multiplicidade abre caminho para inúmeros arranjos diferenciados, permitem concluir que os espaços são diferentes, ainda que considerado todo o movimento globalizante do qual fazem parte. Para analisar as transformações, utilizou-se imagens de satélite (Landsat 2 e 5) dos anos de 1977, 1990 e 2010 a fim de gerar mapas de onde foi possível verificar a expansão das áreas urbanas. Em conjunto, trabalhou-se com dados econômicos e populacionais de censos produzidos pelo IBGE, dados da EMATER e outros utilizados na elaboração de quadros e tabelas sobre a estrutura socioeconômica dos municípios. Foram selecionadas fotografias antigas fornecidas pelo IPHAN, IBGE e outras fontes para ilustrar as transformações apresentadas. Trabalhou-se com as interações espaciais e os fluxos, apontados por Roberto Lobato Corrêa e Milton Santos, respectivamente, para entender como as organizações espaciais de cada município vão se modificando, na medida em que as interações também se transformam. Por meio de um resgate histórico, retrocedendo um pouco no tempo para o século XIX, buscou-se compreender como o ouro, o café, a ferrovia e o porto explicam, em parte, essa dinâmica diferenciada de transformação. E no decorrer das décadas do século XX, foram identificados os principais elementos que originaram as mudanças analisadas no período escolhido, sendo as usinas nucleares, o estaleiro naval, a rodovia BR-101, o turismo e o terminal de petróleo da Petrobrás. Ao falar da expansão urbana discutiu-se sobre o espaço rural e a sua hibridização, assumindo novas configurações com a incorporação de valores, formas, comportamentos e práticas urbanas.

Avaliação de ligações K e T entre perfis estruturais tubulares circulares.

O difundido uso de perfis estruturais tubulares, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levou a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. O aumento da oferta deste tipo de perfis, aliado a recentes pesquisas nesta área, leva o Brasil a se inserir neste cenário mundial. Entretanto, as normas brasileiras que regem o dimensionamento destes perfis ainda não se encontram atualizadas, principalmente no que tange ao dimensionamento de ligações de perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo K e T com perfis tubulares circulares (CHS). Propõe-se estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, projeto de norma brasileira PN 02.125.03-004 e critérios de deformação limite. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Esta dissertação propõe ainda, a modelagem de uma treliça planar constituída de perfis tubulares, objetivando estabelecer uma comparação entre um nó isolado e um nó da treliça planar.

Avaliação de ligações soldadas de perfis tubulares em estruturas de aço através do método dos elementos finitos.

A necessidade de se obter soluções para os diversos problemas estruturais na engenharia, associado ao amplo crescimento e difusão da construção metálica fez surgir, por volta dos anos 60, os perfis tubulares. As ligações soldadas entre perfis tubulares são as ligações de maior difusão nas construções com este tipo de perfil, sendo necessário portanto, estudos mais detalhados que tornem a utilização de ligações soldadas mais seguras e otimizadas. O Eurocode 3 possui um item específico para as ligações entre perfis tubulares, em especial as ligações soldadas devido a suas particularidades. Infelizmente, a norma brasileira NBR8800 não aborda as ligações envolvendo perfis tubulares. Para a execução da análise numérica no presente trabalho, faz-se necessário uma revisão bibliográfica. Com estes resultados, foram feitas modelagens de ligações tubulares com o método dos elementos finitos de forma a otimizar os modelos a serem utilizados em uma análise paramétrica futura. Desta forma, foram desenvolvidos dois modelos numéricos, um considerando ligação tipo T entre perfis tubulares quadrados e outro para uma ligação tipo K entre perfis circulares. Estes modelos foram caracterizados através de elementos de casca com seis graus de liberdade por nó considerando-se adicionalmente o efeito de membrana. A análise não-linear realizada considerou a não-linearidade do material através do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bi-linear e a não-linearidade geométrica foi atribuída através da formulação de Lagrange atualizado. Dentre as principais conclusões obtidas no presente trabalho, pode-se citar que os resultados para as ligações tipo T, o Eurocode 3, fornece resultados que precisam ser observados com cautela. Todavia, para as ligações do tipo K, os resultados numéricos mostraram-se sempre inferiores aos valores através do Eurocode 3, representando um dimensionamento a favor da segurança.

Influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna na resposta dinâmica de pórticos de aço.

Tradicionalmente, na análise e dimensionamento de estruturas de aço, assume-se que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis (rotuladas). Por outro lado, é de conhecimento geral que a grande maioria das ligações viga-coluna apresenta um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos nos últimos vinte e cinco anos, de forma a estudar o comportamento desse tipo de ligação. Um dos principais objetivos desta investigação é o de propor uma metodologia de análise que represente de forma apropriada a influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna, sobre a resposta dinâmica (linear e não-linear) de estruturas de aço. Outra contribuição desta dissertação diz respeito à investigação do comportamento dinâmico (linear e não-linear) de pórticos de aço, a partir da consideração de ligações viga-coluna simétricas e não-simétricas e especialmente das placas de base. A análise estrutural é desenvolvida com base no emprego do programa de elementos finitos ANSYS [27]. Nos modelos em elementos finitos foram considerados os efeitos de não-linearidade geométrica (efeitos de segunda ordem), o comportamento não-linear das placas de base e das ligações viga-coluna e, bem como, o efeito de histerese que ocorre quando a estrutura é submetida a cargas cíclicas. Os resultados alcançados indicaram que o fenômeno físico da ressonância não ocorre no que se refere à resposta dinâmica dos modelos semi-rígidos não-lineares. A ressonância não ocorre na resposta dos modelos devido ao fato de que, na análise dinâmica não-linear, o efeito de histerese presente nas ligações (placas de base e viga-coluna), essencialmente com comportamento não-linear, provoca um amortecimento na resposta dinâmica da estrutura.

Avaliação de ligações KK entre perfis tubulares em aço.

Em virtude do elevado grau de desenvolvimento da tecnologia em sua produção, a utilização de perfis tubulares é grandemente difundida em países como, por exemplo, Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda. A utilização de tais perfis no Brasil era bastante restrita, limitando-se a coberturas espaciais. Atualmente, a situação do mercado brasileiro começa a se alterar em decorrência do significativo aumento da oferta de perfis tubulares estruturais. Este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo KK com perfis tubulares circulares (CHS), com o intuito de estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, ABNT NBR 16239:2013, pelas equações propostas por Paul e Kurobane e critérios de deformação limite. A calibração de um modelo foi feita com dados numéricos e experimentais. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada com o uso do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Foi proposto um modelo de uma treliça espacial composta por perfis tubulares de seção circular para comparar os resultados de análises de uma ligação isolada e a resposta desta mesma ligação como parte de uma treliça em escala real.

Simulação de problemas de transferência de calor em regime permanente com uma relação entre condutividade térmica e temperatura constante por partes.

Este trabalho estuda a transferência de calor por condução considerando a condutividade térmica como uma função constante por partes da temperatura. Esta relação, embora fisicamente mais realista que supor a condutividade térmica constante, permite obter uma forma explícita bem simples para a inversa da Transformada de Kirchhoff (empregada para tratar a não linearidade do problema). Como exemplo, apresenta-se uma solução exata para um problema com simetria esférica. Em seguida, propôe-se uma formulação variacional (com unicidade demonstrada) que introduz um funcional cuja minimização é equivalente à solução do problema na forma forte. Finalmente compara-se uma solução exata obtida pela inversa da Transformada de Kirchhoff com a solução obtida via formulação variacional.

The influence of peel angle on the mechanics of peeling flexible adherends with arbitrary load-extension characteristics

The peel test is commonly used to determine the strength of adhesive joints. In its simplest form, a thin flexible strip which has been bonded to a rigid surface is peeled from the substrate at a constant rate and the peeling force which is applied to the debonding surfaces by the tension in the tape is measured. Peeling can be carried out with the peel angle, i.e. the angle made by the peel force with the substrate surface, from any value above about 10° although peeling tests at 90 and 180° are most common. If the tape is sufficiently thin for its bending resistance to be negligibly small then as well as the debonding or decohesion energy associated with the adhesive in and around the point of separation, the relation between the peeling force and the peeling angle is influenced both by the mechanical properties of the tape and any pre-strain locked into the tape during its application to the substrate. The analytic solution for a tape material which can be idealised as elastic perfectly-plastic is well established. Here, we present a more general form of analysis, applicable in principle to any constitutive relation between tape load and tape extension. Non-linearity between load and extension is of increasing significance as the peel angle is decreased: the model presented is consistent with existing equations describing the failure of a lap joint between non-linear materials. The analysis also allows for energy losses within the adhesive layer which themselves may be influenced by both peel rate and peel angle. We have experimentally examined the application of this new analysis to several specific peeling cases including tapes of cellophane, poly-vinyl chloride and PTFE. © 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Transient growth and triggering in the horizontal Rijke tube Matthew

This theoretical paper examines a non-normal and non-linear model of a horizontal Rijke tube. Linear and non-linear optimal initial states, which maximize acoustic energy growth over a given time from a given energy, are calculated. It is found that non-linearity and non-normality both contribute to transient growth and that, for this model, linear optimal states are only a good predictor of non-linear optimal states for low initial energies. Two types of non-linear optimal initial state are found. The first has strong energy growth during the first period of the fundamental mode but loses energy thereafter. The second has weaker energy growth during the first period but retains high energy for longer. The second type causes triggering to self-sustained oscillations from lower energy than the first and has higher energy in the fundamental mode. This suggests, for instance, that low frequency noise will be more effective at causing triggering than high frequency noise.

Know thy neighbour: A normative theory of synaptic depression

Synapses exhibit an extraordinary degree of short-term malleability, with release probabilities and effective synaptic strengths changing markedly over multiple timescales. From the perspective of a fixed computational operation in a network, this seems like a most unacceptable degree of added variability. We suggest an alternative theory according to which short-term synaptic plasticity plays a normatively-justifiable role. This theory starts from the commonplace observation that the spiking of a neuron is an incomplete, digital, report of the analog quantity that contains all the critical information, namely its membrane potential. We suggest that a synapse solves the inverse problem of estimating the pre-synaptic membrane potential from the spikes it receives, acting as a recursive filter. We show that the dynamics of short-term synaptic depression closely resemble those required for optimal filtering, and that they indeed support high quality estimation. Under this account, the local postsynaptic potential and the level of synaptic resources track the (scaled) mean and variance of the estimated presynaptic membrane potential. We make experimentally testable predictions for how the statistics of subthreshold membrane potential fluctuations and the form of spiking non-linearity should be related to the properties of short-term plasticity in any particular cell type.

The sensitivity of vibration characteristics of reinforced concrete beams under incremental static and cyclic loading

The use of changes in vibration properties for global damage detection and monitoring of existing concrete structures has received great research attention in the last three decades. To track changes in vibration properties experimentally, structures have been artificially damaged by a variety of scenarios. However, this procedure does not represent realistically the whole design-life degradation of concrete structures. This paper presents experimental work on a set of damaged reinforced concrete beams due to different loading regimes to assess the sensitivity of vibration characteristics. Of the total set, three beams were subject to incremental static loading up to failure to simulate overloading, and two beams subject to 15 million loading cycles with varying amplitudes to produce an accelerated whole-life degradation scenario. To assess the vibration behaviour in both cases, swept sine and harmonic excitations were conducted at every damage level. The results show that resonant frequencies are not sensitive enough to damage due to cyclic loading, whereas cosh spectral and root mean square distances are more sensitive, yet more scattered. In addition, changes in non-linearity follow a softening trend for beams under incremental static loading, whilst they are significantly inconsistent for beams under cyclic loading. Amongst all examined characteristics, changes in modal stiffness are found to be most sensitive to damage and least scattered, but modal stiffness is tedious to compute due mainly to the difficulty of constructing restoring force surfaces from field measurements. © (2013) Trans Tech Publications.

A parametrically excited vibration energy harvester

In the arena of vibration energy harvesting, the key technical challenges continue to be low power density and narrow operational frequency bandwidth. While the convention has relied upon the activation of the fundamental mode of resonance through direct excitation, this article explores a new paradigm through the employment of parametric resonance. Unlike the former, oscillatory amplitude growth is not limited due to linear damping. Therefore, the power output can potentially build up to higher levels. Additionally, it is the onset of non-linearity that eventually limits parametric resonance; hence, this approach can also potentially broaden the operating frequency range. Theoretical prediction and numerical modelling have suggested an order higher in oscillatory amplitude growth. An experimental macro-sized electromagnetic prototype (practical volume of ∼1800 cm3) when driven into parametric resonance, has demonstrated around 50% increase in half power band and an order of magnitude higher peak power density normalised against input acceleration squared (293 μW cm-3 m-2 s4 with 171.5 mW at 0.57 m s-2) in contrast to the same prototype directly driven at fundamental resonance (36.5 μW cm-3 m-2 s4 with 27.75 mW at 0.65 m s-2). This figure suggests promising potentials while comparing with current state-of-the-art macro-sized counterparts, such as Perpetuum's PMG-17 (119 μW cm-3 m-2 s4). © The Author(s) 2013.

Experimental and numerical investigation of the seismic behavior of rectangular tunnels in soft soils

Underground structures constitute crucial components of the transportation networks. Considering their significance for modern societies, their proper seismic design is of great importance. However, this design may become very tricky, accounting of the lack of knowledge regarding their seismic behavior. Several issues that are significantly affecting this behavior (i.e. earth pressures on the structure, seismic shear stresses around the structure, complex deformation modes for rectangular structures during shaking etc.) are still open. The problem is wider for the non-circular (i.e. rectangular) structures, were the soilstructure interaction effects are expected to be maximized. The paper presents representative experimental results from a test case of a series of dynamic centrifuge tests that were performed on rectangular tunnels embedded in dry sand. The tests were carried out at the centrifuge facility of the University of Cambridge, within the Transnational Task of the SERIES EU research program. The presented test case is also numerically simulated and studied. Preliminary full dynamic time history analyses of the coupled soil-tunnel system are performed, using ABAQUS. Soil non-linearity and soil-structure interaction are modeled, following relevant specifications for underground structures and tunnels. Numerical predictions are compared to experimental results and discussed. Based on this comprehensive experimental and numerical study, the seismic behavior of rectangular embedded structures is better understood and modeled, consisting an important step in the development of appropriate specifications for the seismic design of rectangular shallow tunnels.

Space-charge-limited currents in GaN Schottky diodes

Unusual dark current voltage (I-V) characteristics were observed in GaN Schottky diodes. I-V characteristics of the GaN Schottky diodes were measured down to the magnitude of 10(-14) A. Although these Schottky diodes were clearly rectifying, their I-V characteristics were non-ideal which can be judged from the non-linearity in the semi-logarithmic plots. Careful analysis of the forward bias I-V characteristics on log-log scale indicates space-charge-limited current (SCLC) conduction dominates the current transport in these GaN Schottky diodes. The concentration of the deep trapping centers was estimated to be higher than 10(15) cm(-3). In the deep level transient spectra (DLTS) measurements for the GaN Schottky diodes, deep defect levels around 0.20 eV below the bottom of the conduction band were identified, which may act as the trapping centers. The concentration of the deep centers obtained from the DLTS data is about 5 x 10(15) cm(-3). SCLC measurements may be used to probe the properties of deep levels in wide bandgap GaN-AlGaN compound semiconductors, as is the case with insulators in the presence of trapping centers. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.