Dinámica erosiva y aplicabilidad de modelos físicos de erosión en una cuenca de montaña mediterránea (Ribera Salada, Cuenca del Segre, Lleida, España)

Se estudia la dinámica de erosión por escorrentía superficial en unas laderas montañosas de la cabecera de la Ribera Salada (cuenca del Sagre), distinguiendo tres usos de suelo: (1) sotobosque de quejigo, (2) terrazas agrícolas y (3) márgenes de matorral. Se analiza la aplicabilidad de los modelos Erosion2D y EUROSEM. En cuanto al diseño experimental, durante seis meses se controlaron episodios naturales mediante un pluviógrafo y quince parcelas con canales Gerlach. Se realizaron, asimismo, seis simulaciones de lluvia que permitieron estudiar episodios de alta intensidad. De manera complementaria se llevaron a cabo las mediciones topográficas, los muestreos y las experimentaciones necesarias para caracterizar hidrológicamente la zona y aplicar los modelos de erosión. Como principales conclusiones se pueden señalar las siguientes: a) las tasas de escorrentía y erosión registradas fueron muy bajas, y se constató la importancia de procesos diferentes al flujo hortoniano, lo cual condiciona el uso de estos modelos, b) el modelo E2D no permite estudiar episodios de baja magnitud como los registrados, y su aplicación se debería restringir a terrenos menos porosos, c) la aplicación directa del modelo EUROSEM origina errores importantes; se ha calibrado un parámetro para reducir el error en el cálculo de la escorrentía, y d) el estudio de la variabilidad de la humedad precedente del suelo resulta de gran importancia para la modelización de estos procesos.

Modelagem numérica aplicada aos fenômenos de escoamento e mistura em modelos físicos de panelas de aciaria

Esse trabalho tem por objetivo geral o desenvolvimento de uma metodologia de modelagem numérica que represente o escoamento e o fenômeno de mistura em um modelo físico de panela de aciaria de base elíptica. Os objetivos específicos do trabalho são: o estudo dos coeficientes das forças de interação líquido-bolha, dos modelos de turbulência e da mudança do formato da base da panela de circular para elíptica. O escoamento e o fenômeno de mistura foram calculados através do método de Volume Finitos baseado em Elementos por meio do software CFX5.7 da Ansys. Dados da literatura e ensaios em modelo físico, realizados em laboratório, auxiliaram na validação dos modelos numéricos. O estudo dos coeficientes das forças de não-arrasto mostrou que os resultados da distribuição de ar ao longo da altura do banho mudam com a variação dos coeficientes. No final, coeficientes para 3 configurações de panelas em diferentes vazões de ar foram encontrados. Com relação ao estudo dos modelos de turbulência, observou-se que para a solução do escoamento e do fenômeno de mistura em uma panela de base circular, o k-ε é o modelo de turbulência mais indicado. Por outro lado, para uma panela de base elíptica, o modelo RSM mostrou-se o mais adequado. Finalmente, com relação ao estudo da mudança do formato da base da panela, observou-se que os tempos de mistura de uma panela de base elíptica são maiores que uma de base circular e aumentam à medida que a vazão de ar diminui.

Generación de modelos físicos personalizados y segmentación de la pared arterial y el trombo intraluminal en imágenes de aneurismas aórticos abdominales

Esta tesis doctoral está encuadrada dentro del marco general de la ingeniería biomédica aplicada al tratamiento de las enfermedades cardiovasculares, enfermedades que provocan alrededor de 1.9 millones (40%) de muertes al año en la Unión Europea. En este contexto surge el proyecto europeo SCATh-Smart Catheterization, cuyo objetivo principal es mejorar los procedimientos de cateterismo aórtico introduciendo nuevas tecnologías de planificación y navegación quirúrgica y minimizando el uso de fluoroscopía. En particular, esta tesis aborda el modelado y diagnóstico de aneurismas aórticos abdominales (AAA) y del trombo intraluminal (TIL), allí donde esté presente, así como la segmentación de estas estructuras en imágenes preoperatorias de RM. Los modelos físicos específicos del paciente, construidos a partir de imágenes médicas preoperatorias, tienen múltiples usos, que van desde la evaluación preoperatoria de estructuras anatómicas a la planificación quirúrgica para el guiado de catéteres. En el diagnóstico y tratamiento de AAA, los modelos físicos son útiles a la hora de evaluar diversas variables biomecánicas y fisiológicas de las estructuras vasculares. Existen múltiples técnicas que requieren de la generación de modelos físicos que representen la anatomía vascular. Una de las principales aplicaciones de los modelos físicos es el análisis de elementos finitos (FE). Las simulaciones de FE para AAA pueden ser específicas para el paciente y permiten modelar estados de estrés complejos, incluyendo los efectos provocados por el TIL. La aplicación de métodos numéricos de análisis tiene como requisito previo la generación de una malla computacional que representa la geometría de interés mediante un conjunto de elementos poliédricos, siendo los hexaédricos los que presentan mejores resultados. En las estructuras vasculares, generar mallas hexaédricas es un proceso especialmente exigente debido a la compleja anatomía 3D ramificada. La mayoría de los AAA se encuentran situados en la bifurcación de la arteria aorta en las arterias iliacas y es necesario modelar de manera fiel dicha bifurcación. En el caso de que la sangre se estanque en el aneurisma provocando un TIL, éste forma una estructura adyacente a la pared aórtica. De este modo, el contorno externo del TIL es el mismo que el contorno interno de la pared, por lo que las mallas resultantes deben reflejar esta particularidad, lo que se denomina como "mallas conformadas". El fin último de este trabajo es modelar las estructuras vasculares de modo que proporcionen nuevas herramientas para un mejor diagnóstico clínico, facilitando medidas de riesgo de rotura de la arteria, presión sistólica o diastólica, etc. Por tanto, el primer objetivo de esta tesis es diseñar un método novedoso y robusto para generar mallas hexaédricas tanto de la pared aórtica como del trombo. Para la identificación de estas estructuras se utilizan imágenes de resonancia magnética (RM). Deben mantenerse sus propiedades de adyacencia utilizando elementos de alta calidad, prestando especial atención al modelado de la bifurcación y a que sean adecuadas para el análisis de FE. El método tiene en cuenta la evolución de la línea central del vaso en el espacio tridimensional y genera la malla directamente a partir de las imágenes segmentadas, sin necesidad de reconstruir superficies triangulares. Con el fin de reducir la intervención del usuario en el proceso de generación de las mallas, es también objetivo de esta tesis desarrollar un método de segmentación semiautomática de las distintas estructuras de interés. Las principales contribuciones de esta tesis doctoral son: 1. El diseño, implementación y evaluación de un algoritmo de generación de mallas hexaédricas conformadas de la pared y el TIL a partir de los contornos segmentados en imágenes de RM. Se ha llevado a cabo una evaluación de calidad que determine su aplicabilidad a métodos de FE. Los resultados demuestran que el algoritmo desarrollado genera mallas conformadas de alta calidad incluso en la región de la bifurcación, que son adecuadas para su uso en métodos de análisis de FE. 2. El diseño, implementación y evaluación de un método de segmentación automático de las estructuras de interés. La luz arterial se segmenta de manera semiautomática utilizando un software disponible a partir de imágenes de RM con contraste. Los resultados de este proceso sirven de inicialización para la segmentación automática de las caras interna y externa de la pared aórtica utilizando métodos basado en modelos de textura y forma a partir de imágenes de RM sin contraste. Los resultados demuestran que el algoritmo desarrollado proporciona segmentaciones fieles de las distintas estructuras de interés. En conclusión, el trabajo realizado en esta tesis doctoral corrobora las hipótesis de investigación postuladas, y pretende servir como aportación para futuros avances en la generación de modelos físicos de geometrías biológicas. ABSTRACT The frame of this PhD Thesis is the biomedical engineering applied to the treatment of cardiovascular diseases, which cause around 1.9 million deaths per year in the European Union and suppose about 40% of deaths per year. In this context appears the European project SCATh-Smart Catheterization. The main objective of this project is creating a platform which improves the navigation of catheters in aortic catheterization minimizing the use of fluoroscopy. In the framework of this project, the specific field of this PhD Thesis is the diagnosis and modeling of abdominal aortic aneurysm (AAAs) and the intraluminal thrombus (ILT) whenever it is present. Patient-specific physical models built from preoperative imaging are becoming increasingly important in the area of minimally invasive surgery. These models can be employed for different purposes, such as the preoperatory evaluation of anatomic structures or the surgical planning for catheter guidance. In the specific case of AAA diagnosis and treatment, physical models are especially useful for evaluating pressures over vascular structures. There are multiple techniques that require the generation of physical models which represent the target anatomy. Finite element (FE) analysis is one the principal applications for physical models. FE simulations for AAA may be patient-specific and allow modeling biomechanical and physiological variables including those produced by ILT, and also the segmentation of those anatomical structures in preoperative MR images. Applying numeric methods requires the generation of a proper computational mesh. These meshes represent the patient anatomy using a set of polyhedral elements, with hexahedral elements providing better results. In the specific case of vascular structures, generating hexahedral meshes is a challenging task due to the complex 3D branching anatomy. Each patient’s aneurysm is unique, characterized by its location and shape, and must be accurately represented for subsequent analyses to be meaningful. Most AAAs are located in the region where the aorta bifurcates into the iliac arteries and it is necessary to model this bifurcation precisely and reliably. If blood stagnates in the aneurysm and forms an ILT, it exists as a conforming structure with the aortic wall, i.e. the ILT’s outer contour is the same as the wall’s inner contour. Therefore, resulting meshes must also be conforming. The main objective of this PhD Thesis is designing a novel and robust method for generating conforming hexahedral meshes for the aortic wall and the thrombus. These meshes are built using largely high-quality elements, especially at the bifurcation, that are suitable for FE analysis of tissue stresses. The method accounts for the evolution of the vessel’s centerline which may develop outside a single plane, and generates the mesh directly from segmented images without the requirement to reconstruct triangular surfaces. In order to reduce the user intervention in the mesh generation process is also a goal of this PhD. Thesis to develop a semiautomatic segmentation method for the structures of interest. The segmentation is performed from magnetic resonance image (MRI) sequences that have tuned to provide high contrast for the arterial tissue against the surrounding soft tissue, so that we determine the required information reliably. The main contributions of this PhD Thesis are: 1. The design, implementation and evaluation of an algorithm for generating hexahedral conforming meshes of the arterial wall and the ILT from the segmented contours. A quality inspection has been applied to the meshes in order to determine their suitability for FE methods. Results show that the developed algorithm generates high quality conforming hexahedral meshes even at the bifurcation region. Thus, these meshes are suitable for FE analysis. 2. The design, implementation and evaluation of a semiautomatic segmentation method for the structures of interest. The lumen is segmented in a semiautomatic way from contrast filled MRI using an available software. The results obtained from this process are used to initialize the automatic segmentation of the internal and external faces of the aortic wall. These segmentations are performed by methods based on texture and shape models from MRI with no contrast. The results show that the algorithm provides faithful segmentations of the structures of interest requiring minimal user intervention. In conclusion, the work undertaken in this PhD. Thesis verifies the investigation hypotheses. It intends to serve as basis for future physical model generation of proper biological anatomies used by numerical methods.

Abordagem experimental para avaliação de manobras de navios em modelos físicos de espaços náuticos.

Em um mercado de comércio internacional cada vez mais competitivo existe a necessidade de a infraestrutura do sistema portuário brasileiro modernizar-se, tornando-se mais eficiente do ponto de vista operacional e com capacidade para receber navios de maior porte. Neste cenário, as técnicas de projeto de espaços náuticos precisam ser revistas, utilizando-se de ferramentas mais sofisticadas que permitam otimizar os dimensionamentos sem deixar de lado as questões da eficiência e, principalmente, da segurança operacional. O presente trabalho apresenta uma abordagem experimental para análise do projeto das dimensões de canais de acesso e bacias portuárias, fundamentada no desenvolvimento de um simulador de manobras de navios em modelo físico de escala reduzida, denominado Simulador Analógico de Manobras SIAMA 2014. Além disso, é proposto um sistema completo para avaliação das condições de manobrabilidade de espaços náuticos portuários, desde a calibração da ferramenta de simulação, até a verificação de cenários complexos e situações de emergência. O SIAMA 2014 e o sistema desenvolvido foram aplicados em um estudo de caso, que contou com a participação de práticos e autoridades portuárias na realização de simulações de manobras para verificação das condições de atracação no novo berço do Terminal Portuário Marítimo de Ponta da Madeira, em São Luís do Maranhão. Os resultados deste estudo foram apresentados e discutidos, de forma a mostrar a importância da utilização de modelos físicos reduzidos na simulação de manobra de navios.

Fenomenología y percepción en arquitectura. De la escala 1/1 a la miniaturización de los modelos físicos y virtuales

Este texto presenta algunos de los aspectos investigados en el seno de la Red del curso académico 2014-2015, “Fenomenología y percepción en arquitectura. De la escala 1/1 a la miniaturización de los modelos físicos y virtuales”, que se habían planteado al constituir la misma y que suponen una cierta continuidad con las ediciones anteriores del Proyecto Redes que ha venido desarrollando un grupo de profesores en el Área de Expresión Gráfica Arquitectónica (E.G.A.) en el Grado en Arquitectura de la U.A. –ahora Fundamentos de la Arquitectura- dentro del contexto del E.E.E.S. En esta ocasión, se decidió centrar las investigaciones en torno al tema de las maquetas y los modelos virtuales como representación a escala de la arquitectura. Aprovechando la posibilidad que ofrece el programa de Redes de incluir a profesores de otras universidades que por su conocimiento en el ámbito de la investigación en los temas a abordar pudieran contribuir a enriquecer el debate en el seno de la misma decidimos invitar a los doctores Eduardo Carazo Lefort, de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Valladolid, y Joel Olivares Ruiz, de la Universidad Gestalt de Diseño de Méjico; ambos han contribuido a las labores de la red. Siguiendo con la dinámica establecida en anteriores ediciones se invitó al profesor Carazo a que planteara en el seno de la Red las experiencias docentes desarrolladas dentro del área de conocimiento de Expresión Gráfica Arquitectónica (E.G.A.) de su universidad, lo que se hizo a puerta abierta invitando a todos los profesores del área homónima de la U.A. Por otro lado, se han presentado tres comunicaciones a las XIII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia de la UA desarrolladas por profesores de la Red (Allepuz, Marcos 2015, Juan 2015, Marcos, Olivares 2015). La primera de ellas versa acerca de las reflexiones de Goodman o Bafna respecto del dibujo de arquitectura, su vinculación con otras manifestaciones artísticas y el análisis cognitivo de las mismas; la segunda de ellas aborda la cuestión de una enseñanza de asignaturas de E.G.A. en un contexto digital, y la tercera plantea cuestiones en relación con el enfoque cognitivo en la pedagogía de la arquitectura. Se ha decidido centrar, por ello, el discurso de esta investigación en el tema de las maquetas que servía de título a la red planteada este año.

Integração e contextualização de modelos 3D no ensino da área da saúde

Mestrado em Engenharia Informática. Sistemas Gráficos e Multimédia.

Ambiente térmico no interior de modelos de galpões avícolas em escala reduzida com ventilação natural e artificial dos telhados

O presente trabalho teve o objetivo de avaliar o ambiente térmico no interior de modelos físicos de galpões avícolas construídos em escala reduzida (1:10). O conforto térmico foi avaliado por meio do Índice de Temperatura do Globo Negro e Umidade (ITGU), Carga Térmica de Radiação (CTR) e efetividade das coberturas em reduzir o ITGU em relação à cobertura construída com telhas de alumínio (épsilon). Quatro modelos construídos com telhas cerâmicas e equipados com ventilação natural ou forçada foram comparados a dois modelos construídos com telhas cerâmicas e de alumínio, respectivamente, sem lanternim. Pode-se concluir que as coberturas com câmaras de ventilação artificial (B30CVF) ou natural (B30CVN) proporcionaram melhores ambientes térmicos no interior dos modelos reduzidos, no qual o último tem a vantagem de não requerer gasto de energia elétrica.

Os segredos que a natureza encerra: uso de conceitos e modelos da física para investigar questões do mundo animal

Physics governs all working patterns of the universe and could not be otherwise in a biological environment. Living things depend directly on laws and physical models to compose their body structure, allow its survival in certain environments, communication between individuals and groups and also to establish a complex sensorial system that allows interaction with the environment that surrounds them. With the advancement of science and technology, new ideas are required, and thus, many researchers began to turn their attention to those systems found in nature, as these systems often present practical solutions and with maximum efficiency. This imitation of biological systems, applied in creating innovative technological resources, is called Biomimetics. To study the biological systems based on physical concepts is essential the creation of models. These allow the distinction of the effects of the issue really essential and may be ignored side effects that do not have an effective participation in the phenomenon being analyzed. In this Work Completion of course will be studied the phenomenon of countercurrent heat exchangers, present in various situations of nature, focusing on their participation in the legs of birds, also the balance of certain birds that are supported on one leg and possible inspiration of these phenomena in the fields of engineering. Also included are videos that allow better understanding of the studied subjects

Fazendo conexões com o mundo real: uso de conceitos e modelos da física no contexto da zoologia

There are considerations of that the education of Physics of the way as comes being driven us textbooks and consequently in classroom, is distant and distorted of their real purpose. We notice that the education of this science through the Physical school discipline, has I assume a character of preparation for university entrance exams exercises resolution, exceling for the memorization of formulae and by the mathematical solutions, fact that looks to cause to it is lacking of motivation and to the disinterest of the students regarding his contents. Since we are surrounded by phenomena, events, elements of the nature, new technologies, objects and so many others that can be explained and many times until applied and/or reproduced by means of physical concepts, there is no reason for treat to Physical as somewhat academic and remote of the reality. The little interest of high school students by the discipline of Physics and their poor performance in the learning of his contents has led to the search of new paths, resources and strategies that promote a more meaningful learning. Taking into account these facts, we seek in this course conclusion work, observe, analyze and apply concepts of the Physical one in multiple elements of ours routine, doing use of the interdisciplinary nature as a possible mechanism. The animals exert a fascination on most people. Much of what we see in their way of being and behaving can be explained by the laws of Physics and its models. Their physique, behavior and activities involve diverse movements, communication and sensing as physical limitations varied. Zoologists and physicists build models in an attempt to explain or understand animal behavior using well-established physical principles. The creation of physical models is going to approach a problem, identifies the fundamental information and removing all of the irrelevant details. An example... (Complete abstract click electrnic access below)

O uso de modelos nos processos projetuais contemporâneos

Durante o processo de projeto, o arquiteto transpõe suas ideias para o campo real, do concreto. Os diversos modos de expressão e representação têm como função mediar essa interação, diminuindo a distância entre esses dois campos. Vive-se hoje, um momento de intensa transformação das estratégias projetuais, propiciada pelos novos meios digitais. Assim, esta pesquisa, centra-se na comparação entre diversos momentos do uso de modelos nos processos projetivos contemporâneos, através de uma investigação em escritórios de arquitetura paulistanos que utilizam o modelo físico como parte de seus processos de projeto. Busca-se entender qual o papel dessa ferramenta de representação e suas potencialidades nos dias atuais. Como estudo de caso, faz-se uma análise comparativa entre o uso das maquetes digital e física, destacando dois estudos: a maquete do Conjunto Ponte dos Remédios, do arquiteto Marcos Acayaba e as maquetes de estudos elaboradas pelo escritório Andrade Morettin Arquitetos, para o concurso para o Instituto Moreira Salles/SP. Entre os objetivos desse trabalho também se encontra uma análise da contribuição dos modelos físicos no Ensino de Arquitetura.

Análisis experimental y computacional de modelos termofluidomecánicos para el diseño de ingeniería con metales líquidos

Es importante disponer de una herramienta con la cual diseñar dispositivos de uso industrial y comercial que trabajen con metales líquidos (fuentes de neutrones de alta intensidad, núcleos de sistemas de transmutación nuclear, reactores de fisión de nueva generación, instalaciones de irradiación de materiales o reactores de fusión nuclear). Los códigos CFD (Computational Fluid Dynamics) son una de esas herramientas, y la manera de llevar a cabo su validación es la simulación de experimentos existentes. La turbulencia y la presencia de dos o más fases, son los dos principales problemas a los que tiene que hacer frente un código CFD. La mayoría de los modelos de turbulencia presentes en los códigos CFD se basan en considerar la proporcionalidad directa entre el transporte de cantidad de movimiento turbulento y el transporte turbulento de calor. Precisamente, el coeficiente de difusión del calor turbulento, se asume que sea proporcional a la viscosidad turbulenta a través de una constante empírica, llamada número de Prandtl turbulento. El valor de este número, en los códigos comerciales está entre 0,9 y 0,85 dependiendo del modelo de turbulencia, lo cual significa que en los códigos se asume que el transporte turbulento tanto de cantidad de movimiento como de calor, son prácticamente equivalentes. Esta asunción no es cierta en los flujos de metales líquidos, donde se demuestra que la transmisión de calor por turbulencia es pequeña frente a la transmisión de calor molecular. La solución pasa por aumentar el número de Prandtl turbulento, o abandonar la analogía de Reynolds, en el tratamiento de la turbulencia. Por otro lado, en los metales líquidos la capa límite térmica es más ancha que la de velocidad, y las funciones de pared incluidas en los códigos no satisfacen adecuadamente los flujos turbulentos de los fluidos con bajo número de Prantdl (los metales líquidos). Sí serían adecuados, si el mallado es tal, que la celda más cercana a la pared, está dentro de la subcapa laminar, en la cual la propiedad dominante es la conductividad molecular. En la simulación de flujo multifase los códigos se encuentran con una serie de dificultades, que en el caso de que las densidades de los fluidos que intervienen sean muy diferentes entre sí (como ocurre con los metales líquidos y los gases), serán aún mayores. La modelización de la interfase gas metal líquido, así como el encontrar una correlación válida para los coeficientes de resistencia y sustentación para el movimiento de las burbujas en el seno del metal líquido, son dos de los principales retos en la simulación de este tipo de flujos. Las dificultades no se limitan sólo a la simulación mediante CFD, las medidas experimentales de velocidad de las burbujas y del metal líquido también son complicadas. Hay parámetros que no se pueden definir bien: la trayectoria y la forma de las burbujas entre ellos. En el campo de aplicación industrial de los metales líquidos, los altos valores de los coeficientes de expansión volumétrica y de conductividad térmica hacen que estos fluidos sean muy atractivos en la refrigeración por convección libre en dispositivos de alta densidad de potencia. Tomando como base uno de los diseños de ADS (Accelerator Driven System), y teniendo en cuenta la dificultad que conlleva el uso de múltiples modelos físicos, los cálculos realizados muestran cómo, en caso de fallo eléctrico, la operación de la instalación puede continuar de forma segura. Para la validación de los códigos CFD en su uso como herramienta de diseño, uno de los fenómenos donde cuantitativamente más dificultades encuentran los códigos es en los que aparecen en la modelización de las superficies libres. Un buen ajuste de los modelos multifase y de turbulencia es imprescindible en este tipo de simulaciones. Efectivamente, en la instalación de irradiación de materiales IFMIF, la formación de ondas en la superficie libre del flujo de Litio, es un fenómeno que hay que tratar de evitar, y además se requiere predecir las temperaturas, para ver si hay peligro de ebullición del metal líquido. La simulación llevada a cabo se enfoca al análisis termohidráulico. Variando la velocidad de inyección de Litio desde 10 hasta 20 m/s, se comprueba que las temperaturas máximas quedan alejadas del punto de ebullición del Litio, debido al aumento de presión producido por la fuerza centrífuga. Una de las cuestiones más críticas que se presentan en las fuentes de neutrones sería la refrigeración de la ventana metálica sobre la que incide el haz de protones. La simulación de experimentos como MEGAPIE y TS-1, permite la “visualización” de recirculación en el flujo, de los puntos de estancamiento, de los puntos calientes, etc, y da una fotografía de las zonas críticas del diseño.

Diseño hidráulico de vertedores escalonados con pendientes moderadas: Metodología basada en un estudio experimental

Durante las últimas tres décadas el interés y diversidad en el uso de canales escalonados han aumentado debido al desarrollo de nuevas técnicas y materiales que permiten su construcción de manera rápida y económica (Concreto compactado con rodillo CCR, Gaviones, etc.). Actualmente, los canales escalonados se usan como vertedores y/o canales para peces en presas y diques, como disipadores de energía en canales y ríos, o como aireadores en plantas de tratamiento y torrentes contaminados. Diversos investigadores han estudiado el flujo en vertedores escalonados, enfocándose en estructuras de gran pendiente (  45o) por lo que a la fecha, el comportamiento del flujo sobre vertedores con pendientes moderadas (  15 a 30o) no ha sido totalmente comprendido. El presente artículo comprende un estudio experimental de las propiedades físicas del flujo aire-agua sobre canales escalonados con pendientes moderadas, típicas en presas de materiales sueltos. Un extenso rango de gastos en condiciones de flujo rasante se investigó en dos modelos experimentales a gran escala (Le = 3 a 6): Un canal con pendiente 3.5H:1V (  16o) y dos alturas de escalón distintas (h = 0.1 y 0.05 m) y un canal con pendiente 2.5H:1V (  22o) y una altura de escalón de h = 0.1 m. Los resultados incluyen un análisis detallado de las propiedades del flujo en vertedores escalonados con pendientes moderadas y un nuevo criterio de diseño hidráulico, el cual está basado en los resultados experimentales obtenidos. English abstract: Stepped chutes have been used as hydraulic structures since antiquity, they can be found acting as spillways and fish ladders in dams and weirs, as energy dissipators in artificial channels, gutters and rivers, and as aeration enhancers in water treatment plants and polluted streams. In recent years, new construction techniques and materials (Roller Compacted Concrete RCC, rip-rap gabions, etc.) together with the development of the abovementioned new applications have allowed cheaper construction methods, increasing the interest in stepped chute design. During the last three decades, research in stepped spillways has been very active. However, studies prior to 1993 neglected the effect of free-surface aeration. A number of studies have focused since on steep stepped chutes (  45o) but the hydraulic performance of moderate-slope stepped channels is not yet totally understood. This study details an experimental investigation of physical air-water flow properties down moderate slope stepped spillways conducted in two laboratory models: the first model was a 3.15 m long stepped chute with a 15.9o slope comprising two interchangeable step heights (h = 0.1 m and h = 0.05 m); the second model was a 3.3 m long, stepped channel with a 21.8o slope (h = 0.1 m). A broad range of discharges within transition and skimming flow regimes was investigated. Measurements were conducted using a double tip conductivity probe. The study provides new, original insights into air-water stepped chute flows not foreseen in prior studies and presents a new design criterion for chutes with moderate slopes based on the experimental results.

Análise dinâmica de uma estrutura: estudo numérico e experimental

Com o presente trabalho pretende-se estudar e compreender o comportamento dinâmico de estruturas de engenharia civil, de forma a permitir a elaboração de algumas metodologias para o estudo e análise de problemas de dinâmica de estruturas. Apresenta-se uma revisão dos principais fundamentos da modelação matemática do comportamento dinâmico, com o estudo de sistemas de 1 grau de liberdade e posterior generalização para sistemas de múltiplos graus de liberdade. Apresentam-se também as formulações para análises de identificação modal no domínio do tempo e no domínio da frequência. Atendendo que a resolução do problema dinâmico deve cumprir duas etapas: integração no Espaço, e integração no tempo. Para a 1a etapa abordam-se os fundamentos dos métodos numéricos de integração no espaço (em particular, o método dos elementos finitos) com vista á implementação da sua formulação na ferramenta computacional freeFEM++. Para a 2a etapa abordam-se os métodos numéricos de integração no domínio do tempo (em particular, o método de Newmark), de forma a determinar a resposta de uma estrutura quando submetida a acções dinâmicas. Adicionalmente são introduzidos alguns conceitos essenciais ao estudo de resultados experimentais obtidos através da realização de ensaios de vibrações. Por último, estuda-se um modelo físico de um edifício de dois pisos, com base na análise de resultados de um ensaio de vibração ambiental e no desenvolvimento de dois modelos numéricos (em freeFEM++ e em SAP2000) para comparação e análise dos resultados obtidos e validação da ferramenta computacional desenvolvida. Após a calibração dos modelos numéricos aos resultados obtidos experimentalmente, procede-se a uma análise dinâmica dos modelos numéricos sujeitos a uma acção sísmica, com a posterior comparação e análise de resultados obtidos.

Estudo hidráulico em modelo reduzido de descarregadores de cheias: utilização de conchas de rolo na dissipação de energia do escoamento

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Hidráulica