The Lake Tekapo experiment (LTEX): An investigation of atmospheric boundary layer processes in complex terrain

A research program on atmospheric boundary layer processes and local wind regimes in complex terrain was conducted in the vicinity of Lake Tekapo in the southern Alps of New Zealand, during two 1-month field campaigns in 1997 and 1999. The effects of the interaction of thermal and dynamic forcing were of specific interest, with a particular focus on the interaction of thermal forcing of differing scales. The rationale and objectives of the field and modeling program are described, along with the methodology used to achieve them. Specific research aims include improved knowledge of the role of surface forcing associated with varying energy balances across heterogeneous terrain, thermal influences on boundary layer and local wind development, and dynamic influences of the terrain through channeling effects. Data were collected using a network of surface meteorological and energy balance stations, radiosonde and pilot balloon soundings, tethered balloon and kite-based systems, sodar, and an instrumented light aircraft. These data are being used to investigate the energetics of surface heat fluxes, the effects of localized heating/cooling and advective processes on atmospheric boundary layer development, and dynamic channeling. A complementary program of numerical modeling includes application of the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) to case studies characterizing typical boundary layer structures and airflow patterns observed around Lake Tekapo. Some initial results derived from the special observation periods are used to illustrate progress made to date. In spite of the difficulties involved in obtaining good data and undertaking modeling experiments in such complex terrain, initial results show that surface thermal heterogeneity has a significant influence on local atmospheric structure and wind fields in the vicinity of the lake. This influence occurs particularly in the morning. However, dynamic channeling effects and the larger-scale thermal effect of the mountain region frequently override these more local features later in the day.

Estudo do efeito da face sobre o equilíbrio de estruturas de contenção de solo reforçado sob condições de trabalho

Os métodos de análise de estruturas de contenção de solo reforçado sob condições de trabalho, em geral, desconsideram a contribuição da face para o equilíbrio da estrutura. Visando estudar a influência do peso específico da face e das propriedades relacionadas à rigidez da mesma sobre o desempenho das estruturas de solo reforçado, são realizadas simulações numéricas de diversas estruturas, utilizando a versão de dupla precisão do programa CRISP92-SC. Avalia-se, também, o emprego de diferentes tipos de elementos para a representação da face. Verifica-se que a face rígida impõe redução significativa das solicitações máximas de tração nos reforços e dos deslocamentos das estruturas de solo reforçado. A influência do peso específico da face sobre a estabilidade interna dos maciços reforçados mostrase desprezível e constata-se que a rigidez à flexão e a rigidez axial da face, função da sua geometria e do seu módulo de Young, são parâmetros influentes no comportamento das estruturas de contenção de solo reforçado. As variações da tração no reforço e da resultante de força cortante na face, em decorrência do enrijecimento da face, são analisadas e propõe-se uma relação entre elas. Quanto à forma de representação de uma face com rigidez expressiva, na simulação de uma estrutura de solo reforçado com o CRISP92-SC, é observado que a representação da face, seja por elementos de viga, seja por elementos quadriláteros, não altera os resultados da análise.

Evaluating Tsunami Impact on the Gulf of Cadiz Coast (Northeast Atlantic).

The Gulf of Cadiz coasts are exposed to tsunamis. Emergency planning tools are now taking into account this fact, especially because a series of historical occurrences were strikingly significant, having left strong evidence behind, in the mareographic records, the geological evidence or simply the memory of the populations. The study area is a strip along the Algarve coast, south Portugal, an area known to have been heavily impacted by the 1 November 1755 event. In this study we use two different tsunami scenarios generated by the rupture of two thrust faults identified in the area, corresponding to 8.1-8.3 magnitude earthquakes. Tsunami propagation and inundation computation is performed using a non-linear shallow water code with bottom friction. Numerical modeling results are presented in terms of flow depth and current velocity with maximum values of 7 m and 8 m/s for inundation depth and flow speed, respectively. These results constitute a valuable tool for local authorities, emergency and decision planners to define the priority zones where tsunami mitigation measures must be implemented and to develop tsunami-resilient communities.

The source of the 1722 Algarve earthquake: evidence from MCS and tsunami data

The 27 December 1722 Algarve earthquake destroyed a large area in southern Portugal generating a local tsunami that inundated the shallow areas of Tavira. It is unclear whether its source was located onshore or offshore and, in any case, what was the tectonic source responsible for the event. We analyze available historical information concerning macroseismicity and the tsunami to discuss the most probable location of the source. We also review available seismotectonic knowledge of the offshore region close to the probable epicenter, selecting a set of four candidate sources. We simulate tsunamis produced by these candidate sources assuming that the sea bottom displacement is caused by a compressive dislocation over a rectangular fault, as given by the half-space homogeneous elastic approach, and we use numerical modeling to study wave propagation and run-up. We conclude that the 27 December 1722 Tavira earthquake and tsunami was probably generated offshore, close to 37 degrees 01'N, 7 degrees 49'W.

A 3-phase model for VIS/NIR mu C-Si : H p-i-n detectors

The spectral response and the photocurrent delivered by entirely microcrystalline p-i-n-Si:H detectors an analysed under different applied bias and light illumination conditions. The spectral response and the internal collection depend not only on the energy range but also on the illumination side. Under [p]- and [n]-side irradiation, the internal collection characteristics have an atypical shape. It is high for applied bias and lower than the open circuit voltage, shows a steep decrease near the open circuit voltage (higher under [n]-side illumination) and levels off for higher voltages. Additionally, the numerical modeling of the VIS/NIR detector, based on the band discontinuities near the grain boundaries and interfaces, complements the study and gives insight into the internal physical process.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Estudo da turbina de Tesla visando a sua aplicação em sistemas de geração de energia elétrica descentralizada

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Probabilistic tsunami hazard in the Northeast Atlantic from near- and far-field tectonic sources

In this article, we present the first study on probabilistic tsunami hazard assessment for the Northeast (NE) Atlantic region related to earthquake sources. The methodology combines the probabilistic seismic hazard assessment, tsunami numerical modeling, and statistical approaches. We consider three main tsunamigenic areas, namely the Southwest Iberian Margin, the Gloria, and the Caribbean. For each tsunamigenic zone, we derive the annual recurrence rate for each magnitude range, from Mw 8.0 up to Mw 9.0, with a regular interval, using the Bayesian method, which incorporates seismic information from historical and instrumental catalogs. A numerical code, solving the shallow water equations, is employed to simulate the tsunami propagation and compute near shore wave heights. The probability of exceeding a specific tsunami hazard level during a given time period is calculated using the Poisson distribution. The results are presented in terms of the probability of exceedance of a given tsunami amplitude for 100- and 500-year return periods. The hazard level varies along the NE Atlantic coast, being maximum along the northern segment of the Morocco Atlantic coast, the southern Portuguese coast, and the Spanish coast of the Gulf of Cadiz. We find that the probability that a maximum wave height exceeds 1 m somewhere in the NE Atlantic region reaches 60 and 100 % for 100- and 500-year return periods, respectively. These probability values decrease, respectively, to about 15 and 50 % when considering the exceedance threshold of 5 m for the same return periods of 100 and 500 years.

Análise numérica e experimental de um modelo dinâmico da ponte ferroviária de Antuã

Mestrado em Engenharia Civil – Ramo Estruturas

Técnicas de deteção de dano estrutural com base na monitorização

Ao longo dos últimos anos, acompanhada da evolução tecnológica, da dificuldade da inspeção visual e da consciencialização dos efeitos de uma má inspeção, verificou-se uma maior sensibilidade para a importância da monitorização estrutural, principalmente nas grandes infra-estruturas de engenharia civil. Os sistemas de monitorização estrutural permitem o acompanhamento contínuo do comportamento de uma determinada estrutura de tal forma que com os dados obtidos, é possível avaliar alterações no comportamento da mesma. Com isso, tem-se desenvolvido e implementado estratégias de identificação de danos estruturais com o intuito de aumentar a fiabilidade estrutural e evitar precocemente que alterações na condição da estrutura possam evoluir para situações mais severas. Neste contexto, a primeira parte desta dissertação consiste numa introdução à monitorização estrutural e à deteção de dano estrutural. Relativamente à monitorização, são expostos os seus objetivos e os princípios da sua aplicação. Conjuntamente são apresentados e descritos os principais sensores e são explicadas as funcionalidades de um sistema de aquisição de dados. O segundo tema aborda a importância da deteção de dano introduzindo os métodos estudados neste trabalho. Destaca-se o método das linhas de influência, o método da curvatura dos modos de vibração e o método da transformada de wavelet. Na segunda parte desta dissertação são apresentados dois casos de estudo. O primeiro estudo apresenta uma componente numérica e uma componente experimental. Estuda-se um modelo de viga que se encontra submetida a vários cenários de dano e valida-se a capacidade do método das linhas de influência em detetar e localizar essas anomalias. O segundo estudo consiste na modelação numérica de uma ponte real, na posterior simulação de cenários de dano e na análise comparativa da eficácia de cada um dos três métodos de deteção de dano na identificação e localização dos danos simulados. Por último, são apresentadas as principais conclusões deste trabalho e são sugeridos alguns tópicos a explorar na elaboração de trabalhos futuros.

Análise do comportamento de estruturas através de ensaios de carga

A engenharia civil, rege-se pela garantia de segurança e de funcionalidade das obras que projeta e executa. Para cumprir tais requisitos, é necessário durante a sua vida útil, no final da construção, reforço ou reabilitação, proceder à avaliação da conformidade entre o comportamento real da estrutura e os pressupostos subjacentes ao projeto. Esta dissertação tem como objetivo a compreensão e análise do comportamento estrutural da Ponte sobre o Rio Sorraia, através da realização de ensaios de carga apoiados pela conceção de um modelo numérico devidamente calibrado, capaz de simular a resposta da estrutura, o mais próximo possível do observável na realidade. Para alcançar o objetivo pré definido elencam-se as metodologias relevantes, descrevem-se os tipos de ensaios de carga realizados em pontes/viadutos e faz-se referência aos aparelhos de medição que estão na base da instrumentação aplicada em obras. Esta introdução foca-se ainda na modelação numérica, permitindo o conhecimento básico necessário para a criação e atualização de modelos numéricos de pontes. Relativamente ao caso de estudo expõe-se a realização do ensaio de carga, descrevendo todo o processo, bem como os resultados obtidos ao nível das grandezas de medição estudadas. Aqui é concebido um modelo numérico base da ponte, alvo de discussão ao nível do comportamento estrutural, baseada na validação dos resultados obtidos por via experimental, através da comparação com os obtidos por via numérica. Por fim, o estudo e seleção de diversos parâmetros da modelação, facultando a calibração do modelo numérico da ponte. Os resultados obtidos neste modelo comprovam o seu elevado potencial, no apoio à observação e compreensão do comportamento de estruturas através da realização de ensaios de carga. O sucesso da realização de uma análise do comportamento de estruturas, através de ensaios de carga, depende assim fundamentalmente, da correta execução do ensaio, da correta conceção e atualização do modelo numérico e da interligação entre os resultados experimentais e numéricos.

High-Accuracy Low-Cost RTK-GPS for an Unmanned Surface Vehicle

This work presents a low cost RTK-GPS system for localization of unmanned surface vehicles. The system is based on the use of standard low cost L1 band receivers and in the RTKlib open source software library. Mission scenarios with multiple robotic vehicles are addressed as the ones envisioned in the ICARUS search and rescue case where the possibility of having a moving RTK base on a large USV and multiple smaller vehicles acting as rovers in a local communication network allows for local relative localization with high quality. The approach is validated in operational conditions with results presented for moving base scenario. The system was implemented in the SWIFT USV with the ROAZ autonomous surface vehicle acting as a moving base. This setup allows for the performing of a missions in a wider range of environments and applications such as precise 3D environment modeling in contained areas and multiple robot operations.

Analysis of the Out-Of-Plane Seismic Behavior of Unreinforced Masonry: A Literature Review

Although the issue of the out-of-plane response of unreinforced masonry structures under earthquake excitation is well known with consensus among the research community, this issue is simultaneously one of the more complex and most neglected areas on the seismic assessment of existing buildings. Nonetheless, its characterization should be found on the solid knowledge of the phenomenon and on the complete understanding of methodologies currently used to describe it. Based on this assumption, this article presents a general framework on the issue of the out-of-plane performance of unreinforced masonry structures, beginning with a brief introduction to the topic, followed by a compact state of art in which the principal methodologies proposed to assess the out-of-plane behavior of unreinforced masonry structures are presented. Different analytical approaches are presented, namely force and displacement-based, complemented with the presentation of existing numerical tools for the purpose presented above. Moreover, the most relevant experimental campaigns carried out in order to reproduce the phenomenon are reviewed and briefly discussed.

Avaliação do comportamento de uma ponte metálica centenária sujeita à ação de tráfego ferroviário ligeiro

A presente dissertação tem como objetivo principal a análise numérica do comportamento dinâmico de uma ponte ferroviária, sob ação de tráfego ligeiro ferroviário. Neste contexto são apresentados alguns fundamentos teóricos a ter em conta nestes domínios, visando uma melhor compreensão dos fenómenos existentes no comportamento dinâmico de pontes ferroviárias quando sujeitas ao tráfego. O caso de estudo teve como foco a ponte Luiz I, uma ponte metálica situada sobre o rio Douro, que liga as cidades do Porto e Vila Nova de Gaia, sob ação de tráfego ligeiro ferroviário no seu tabuleiro superior para a condição anterior aos trabalhos de reabilitação e reforço realizados entre 2004 e 2005. Para o efeito foi desenvolvido um modelo numérico de elementos finitos da ponte realizado com recurso ao programa ANSYS, assim como um modelo numérico do veículo do Metro de Lisboa. Com base nestes modelos foram obtidos os parâmetros modais, nomeadamente as frequências naturais e os modos de vibração de toda a estrutura e do veículo. O estudo do comportamento dinâmico da ponte foi realizado por intermédio de uma metodologia de cargas móveis e de interação veículo-estrutura, através da ferramenta computacional Train-Bridge Interaction (TBI). As análises dinâmicas foram efetuadas para a passagem dos veículos de passageiros das redes de Metros do Porto e Lisboa. Nestas análises é estudada a resposta da estrutura em função da variabilidade ao nível da secção transversal, dependência do tramo, influência do veículo, da sua velocidade de circulação e impacto das frequências de vibração estimadas pelo modelo numérico.

A FEM-based model to study the behaviour of corroded RC beams shear repaired by NSM CFRP rods technique

This paper presents the main features of finite element FE numerical model developed using the computer code FEMIX to predict the near-surface mounted NSM carbon-fiber-reinforced polymer CFRP rods shear repair contribution to corroded reinforced concrete RC beams. In the RC beams shear repaired with NSM technique, the Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) rods are placed inside pre-cut grooves onto the concrete cover of the RC beam’s lateral faces and are bonded to the concrete with high epoxy adhesive. Experimental and 3D numerical modelling results are presented in this paper in terms of load-deflection curves, and failure modes for 4 short corroded beams: two corroded beams (A1CL3-B and A1CL3-SB) and two control beams (A1T-B and A1T-SB), the beams noted with B were let repaired in bending only with NSM CFRP rods while the ones noted with SB were repaired in both bending and shear with NSM technique. The corrosion of the tensile steel bars and its effect on the shear capacity of the RC beams was discussed. Results showed that the FE model was able to capture the main aspects of the experimental load-deflection curves of the RC beams, moreover it has presented the experimental failure modes and FE numerical modelling crack patterns and both gave similar results for non-shear repaired beams which failed in diagonal tension mode of failure and for shear-repaired beams which failed due to large flexural crack at the middle of the beams along with the concrete crushing, three dimensional crack patterns were produced for shear-repaired beams in order to investigate the splitting cracks occurred at the middle of the beams and near the support.