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Estudo de aproveitamento de fins múltiplos da Barragem de Faveta, Ilha de Santiago (Cabo Verde) com enfoque na rega e abastecimento de água

Palavras-chave: recursos hídricos,balanço hidrológico,Barragem de Faveta,aproveitamento de fins múltiplos,rega,abastecimento de água water resources,hydrologic balance,Faveta Dam,multiple purpose scheme,irrigation,water supply

As Ilhas de Cabo Verde, localizadas numa zona semiárida da Costa Ocidental Africana, são todas afetadas pela escassez de chuva; a falta de água potável nas Ilhas tem sido uma constante ao longo dos séculos. De forma incipiente, ao longo da história das ilhas habitadas há poucos mais de 500 anos após os descobrimentos portugueses, recorreu-se a meios expeditos e pouco custosos para a retenção de água (e.g., diques e banquetas nas encostas e ribeiras), com o principal objetivo de combater a erosão hídrica dos solos e reforçar as parcas reservas de águas subterrâneas. Há 7 anos, foi inaugurada a primeira barragem de Cabo Verde, dando-se assim um passo gigantesco para o combate à escassez de água persistente. Entre 2010-2013, são iniciadas mais 5 barragens, todas nas denominadas "Ilhas Agrícolas" do Arquipélago tendo todas elas como objeto primordial o reforço da capacidade de fornecimento de água para a agricultura. Contudo fica ainda por resolver o grande problema do abastecimento de água potável às populações, instituições e/ou indústrias, com maior enfoque no interior das Ilhas em que o fornecimento de água dessalinizada implica elevados investimentos como é o caso do concelho de São Salvador Mundo, que, segundo o censo de 2010, é o com maior carência de água potável a nível nacional, com menos de 6% da população com acesso direto à água potável numa média nacional de 51,4%. Foi objetivo desta dissertação estudar e testar a viabilidade da utilização da água armazenada numa das barragens concluídas do interior da Ilha de Santiago - a Barragem da Faveta localizada no referido Concelho - de fins múltiplos, direcionando o estudo essencialmente para a rega e para o abastecimento de água potável às populações das zonas envolventes. A metodologia consistiu, numa primeira fase, na aferição do volume médio anual de armazenamento de água na barragem e sua capacidade de abastecimento, baseando-se em estudos hidrológicos da bacia hidrográfica envolvente. Seguidamente fez-se um estudo das necessidades reais de necessidades de água nas localidades envolventes à barragem. Espera-se poder, baseado nos estudos desenvolvidos, ter demonstrado a viabilidade e as vantagens económicas na utilização de águas superficiais para fins diversos e obter um documento estruturado que sirva de base a estudos similares para outras barragens em Cabo Verde

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Sustentabilidade na gestão do ciclo urbano da água: Simulação e análise de cenários

Palavras-chave: Gestão de recursos hídricos

Abastecer com água de qualidade uma população mundial crescente, a par do aparecimento de uma classe média a um ritmo nunca visto no passado, e da urbanização crescente, é um dos maiores desafios com que a sociedades atuais estão confrontadas. Estas necessidades crescentes de água de qualidade para diferentes fins – agrícola, industrial e consumo urbano – ocorrem num cenário de incerteza dominado pelas alterações climáticas, que, ao provocarem a alteração dos padrões de precipitação, poderão tornar ainda mais difícil o abastecimento de água pretendido. Particularmente nas regiões do planeta Terra onde a disponibilidade de recursos hídricos é já escassa. Neste contexto, assiste-se em muitos países a uma mudança de paradigma relativamente à gestão da água em meio urbano, promovendo-se a passagem de um modelo baseado na gestão da oferta para um novo modelo baseado na gestão da procura. Neste novo modelo o compromisso fundamental é com a eficiência no uso da água, mas ao mesmo tempo com a promoção de fontes alternativas de água, como a reutilização residuais e o aproveitamento de águas pluviais, para fins compatíveis com a sua qualidade, e de modo a promover a sustentabilidade do Ciclo Urbano da Água. Neste presente trabalho é utilizado um modelo capaz de descrever o Ciclo Urbano da Água de forma sistémica, holística, considerando os sub-sistemas precipitação-escoamento e abastecimento de água-saneamento de águas residuais (e pluviais), de modo a que para uma bacia hidrográfica urbana em concreto se analisem cenários destinados a promover o uso de fontes alternativas de água, como o aproveitamento de águas pluviais, e a avaliar o seu significado em termos de indicadores de sustentabilidade (como redução da água doce/importada, redução da produção de águas residuais e redução do escoamento superficial de águas pluviais). Para os cenários analisados, na avaliação da viabilidade das soluções identificadas, considerou-se também o efeito de diferentes escalas geográficas de gestão da água em meio urbano. Os resultados obtidos mostram que do ponto de vista individual, a colocação de reservatórios para aproveitamento de águas pluviais não tem grande impacto, podendo a nível coletivo ser uma boa opção, caso ocorram iniciativas adequadas por parte das entidades públicas

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Fendilhação em vigas construídas com geopolímeros

Palavras-chave: Fissuras,Vigas,Geopolímeros

Sabe-se que o uso de betão de cimento normalmente usado nas construções, apresenta uma contribuição significativa para a poluição por CO2 e também é responsável por uma elevada exploração de pedreiras, levando a impactos ambientais e paisagísticos que raramente são devidamente colmatados. A crescente preocupação com a qualidade ambiental faz com que se procure cada vez mais desenvolver novos materiais que permitam uma construção sustentável, reduzindo também a energia consumida na produção de materiais de construção. Em alternativa aos betões de cimento surgem os materiais activados alcalinamente que, apesar de apelidados de novos, se pensa terem tido aplicações antigas tais como o Coliseu de Roma, ou as Pirâmides de Gizé no Egipto. Com o desenvolvimento destes materiais, também denominados de geopolímeros, pretende-se obter um material com comportamento mecânico, durabilidade e resistência a variadas acções exteriores, tal como se pode observar nas actuais construções de betão. Esta dissertação estuda a fendilhação em 10 vigas construídas com materiais activados alcalinamente. O trabalho, de cariz experimental, incide concretamente na avaliação da fendilhação de vigas simplesmente apoiadas sujeitas a duas cargas simetricamente colocadas. O principal objectivo da dissertação consiste em avaliar a abertura, o espaçamento e o desenvolvimento destas fendas nas vigas. Para além disso, e ainda no âmbito deste trabalho, foram construídas e ensaiadas 5 vigas de argamassa tradicional para comparação com os resultados obtidos dos ensaios em vigas de materiais activados alcalinamente.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Arranque e exploração de ETAR

Palavras-chave: ETAR,SBR,fase de arranque,problemas operacionais,WWTP,SBR,start-up,operating problems

A preservação da qualidade do meio ambiente leva a que os sistemas de tratamento de águas residuais tenham um papel cada vez mais determinante nas sociedades contemporâneas. O objectivo fundamental a alcançar nas Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) é o de tratar as águas residuais comunitárias a níveis tais que cumpram as normas de descarga aplicáveis a cada meio receptor final ou que permitam a sua reutilização para múltiplos fins, com utilizações que sejam compatíveis com o grau de tratamento efectuado. A exploração e operação de uma ETAR envolvem um importante enquadramento legal e requerem um conjunto de procedimentos de controlo operacional e uma gestão necessariamente adequada dos vários processos envolvidos. A fase de arranque assume uma especial importância no contexto da exploração, na medida em que se torna indispensável verificar a eficiência de cada equipamento e outras características da obra, sendo por vezes necessário reavaliar algumas opções tomadas em fases anteriores do projecto, face a especificidades ou particularidades locais encontradas. Tendo por base um estudo de caso, o presente trabalho tem por objectivo efectuar uma análise ao processo de tratamento de uma ETAR, apresentar uma apreciação do funcionamento dos diferentes órgãos e um estudo dos procedimentos correntes de operação e manutenção. A ETAR objecto do estudo, pertencente ao município de Montemor-o-Velho, opera com tratamento por lamas activadas, na variante de reactores biológicos descontínuos sequenciais, conhecidos como SBR (Sequencing Batch Reactor). Os problemas operacionais são identificados e definem-se as acções a desenvolver para os evitar ou eliminar. Este estudo permitiu concluir que o SBR é um tipo de tratamento com inúmeras vantagens e grande potencial para obtenção de boas eficiências

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Quantificação de custos externos ambientais no sector dos transportes rodoviários: Aplicação a veículos pesados de mercadorias

Palavras-chave: custos externos,poluição do ar,emissões do transporte rodoviário,veículos pesados de mercadorias,external costs,air pollution,road transport sector emissions,heavy goods vehicles

A fim de implementar um sistema de transporte mais sustentável e justo, que é um elementochave da política comum de transportes, os custos associados às externalidades do sector dos transportes, p.e. poluição atmosférica, devem ser internalizados na economia. Para tal é fundamental que os custos externos sejam estimados. O objetivo desta dissertação de mestrado é estimar os custos externos da poluição atmosférica do sector dos transportes rodoviários, com foco em veículos pesados de mercadorias, sendo ainda necessário para este fim estimar as emissões associadas à poluição atmosférica. Com base em abordagens atualmente disponíveis, selecionadas a partir de uma revisão da literatura, a metodologia proposta na Diretiva Eurovinheta foi utilizada para quantificar os custos externos da poluição do ar e a metodologia ARTEMIS foi utilizada para quantificar os fatores de emissão de NOx e PM. Aplicaram-se estas metodologias a uma área de estudo, no Distrito de Coimbra, utilizando informações sobre velocidade média de circulação, inclinação de estrada, contagens de tráfego, composição da frota e distâncias percorridas. Os resultados obtidos neste trabalho fornecem informações quantitativas sobre os custos externos do transporte rodoviário, relevantes no quadro da legislação europeia no que concerne os impactes da poluição do ar e transportes sustentáveis, podendo ser úteis no processo de decisão a nível local. Os valores de custos externos obtidos variam entre 0.5 a 14 cent.km-1 por veículo, dependendo principalmente do peso, tecnologia (classe de emissão) e tipo de veículo (Articulado ou Rígido). O custo total da poluição atmosférica na área de estudo seria cerca de quatro milhões de euros por ano, tendo em conta os dados de tráfego de 2012, para a área de estudo.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação da repartição transversal de cargas em tabuleiros mistos madeira-betão com recurso a ensaios experimentais

Palavras-chave: Estruturas mistas betão-madeira

Com este trabalho pretende-se complementar o estudo de estruturas mistas madeira-betão através da avaliação da repartição de cargas em tabuleiros mistos madeira-betão, com recurso a ensaios experimentais. No estado de arte é dado a conhecer um pouco da história das estruturas mistas madeira-betão. São ainda conhecidos os materiais utilizados nos provetes e é feita uma revisão bibliográfica sobre as estruturas mistas madeira-betão através dos vários estudos já efetuados sobre esse tema. Na parte experimental foram ensaiados dois tabuleiros mistos madeira-betão com vão semelhante mas com diferentes tipos de materiais: um com uma laje de betão normal e vigas com elementos de madeira lamelada colada de seção retangular e uma laje de betão leve com aglomerados de cortiça e vigas de madeira de pinho bravo de seção circular. Numa primeira fase os tabuleiros foram sujeitos a cargas pontuais atuando sobre cada uma das vigas, a meio-vão e a quarto-de-vão. No âmbito deste ensaio foram monitorizadas as reações de apoio e as deformações sobre cada uma das vigas, por forma permitir a posterior avaliação da distribuição de cargas. No último capítulo são apresentadas as conclusões dos ensaios experimentais e feita uma recomendação para trabalhos futuros

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Análise paramétrica de ligações tubulares "TX" entre perfis CHS

Palavras-chave: ligação multiplanar TX,análise não linear,método dos elementos finitos,multiplanar tubular TX-joits,nonlinear analysis,finie element method

Os perfis tubulares têm sido cada vez mais utilizados em estruturas de Engenharia Civil, nomeadamente em Portugal, onde já é possível observar um vasto leque de estruturas constituídas por este tipo de elementos, devido essencialmente as suas excelentes características estéticas e mecânicas. Todavia, dada a utilização cada vez mais arrojada deste tipo de perfis, como por exemplo na indústria petrolífera, surgiram naturalmente ligações muito mais complexas e com custos acrescidos. Como tal é necessário o conhecimento e perceção do comportamento real deste tipo de ligações. Neste trabalho é apresentada uma análise paramétrica de uma ligação do tipo “TX” entre perfis tubulares circulares (CHS), onde se desenvolveu-se um modelo de elementos finitos a partir do programa ANSYS 12.1, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. A ligação simulada numericamente foi submetida a um carregamento axial segundo todas as direções, onde se variaram os parâmetros geométricos e as combinações dos carregamentos. As não linearidades físicas e geométricas foram introduzidas nos modelos, com o intuito de mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada tendo por base o critério de plastificação de von Mises com recurso a uma lei constitutiva tensão-deformação elasto-plástica. A não linearidade geométrica foi introduzida no modelo através do Modelo de Lagrange Atualizado. Estabeleceram-se curvas representativas das variações da resistência numérica e da rigidez inicial com os parâmetros  e  para os vários carregamentos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Avaliação numérica do comportamento de vigas mistas aço-betão do tipo "Slim Floor"

Palavras-chave: Vigas mistas aço-betão

O uso de soluções estruturais com vigas mistas do tipo “slim floor” tem vindo a ser frequente em edifícios metálicos e mistos, pois conduzem a soluções mais leves e, portanto a um melhor aproveitamento da altura útil entre os pavimentos, quando comparadas com as soluções convencionais. Esta solução estrutural ainda não é contemplada diretamente no Eurocódigo 4 (CEN, 2004b), apesar de em alguns países (ex. Reino Unido) já existirem normas que permitem o enquadramento legal destas soluções. A presente tese pretende levar a cabo um estudo sobre o comportamento, em termos de resistência e rigidez, de várias soluções estruturais de vigas mistas do tipo “slim floor”. Tendo em conta que foram considerados diferentes tipos de vigas de aço (perfis assimétricos H, T e perfis fechados), que dependerão do espectro de alturas dos pavimentos contemplados, podendo estes incorporar conectores ou outro tipo de conexão. É importante referir que na constituição de alguns pavimentos será incluída uma chapa perfilada colaborante, de forma a aprimorar os resultados. A análise das diferentes tipologias de vigas mistas do tipo “slim floor” será realizada essencialmente por via numérica, recorrendo ao programa de cálculo “Abaqus®”. O referido programa permite efetuar um cálculo com base no método dos elementos finitos. Desta forma será estudada a influência de vários parâmetros, com especial destaque à variação da largura efetiva do banzo de betão. Em geral, as vigas mistas são modeladas com conexão total mas, apesar disso, foi também avaliada a possibilidade de os modelos numéricos desenvolvidos serem usados para a modelação de vigas mistas em conexão através de conectores. Os resultados obtidos no âmbito da presente tese servirão não só de base a ensaios experimentais a realizar no futuro, como também abrirão portas a novos estudos sobre a influência de diversos parâmetros importantes neste domínio e de alargar o âmbito de estudo em termos de diferentes geometrias de vigas mistas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Estudo de ligações viga-pilar usando perfisretangulares ou quadrados ocos

Palavras-chave: ligações viga-pilar

Os perfis metálicos tubulares, sejam estes de secção circular, quadrada ou retangular, apresentam enormes vantagens quando comparados com perfis de seção aberta. Este facto deve-se a razões não só de índole estrutural como também de índole estética. Contudo, são bastante penalizados devido à escassez de metodologias adequadas no dimensionamento de ligações entre perfis deste tipo. O Eurocódigo 3 - parte 1-8, enquanto norma europeia, é hoje um dos documentos de base utilizado no dimensionamento de ligações entre perfis metálicos. Porém, quando se trata de ligações aparafusadas entre perfis tubulares torna-se num documento dispensável pois não apresenta qualquer formulação do método das componentes aplicada ao tipo de ligações estudadas na presente tese. O aumento do uso de perfis tubulares em estruturas metálicas justifica, assim, a necessidade do estudo de novos métodos de cálculo que racionalizem as ligações entre perfis deste tipo. Além disso, devem ser investigadas soluções que facilitem o processo de execução e minimizem o fator “custo”. No âmbito de um projeto europeu – FRAME UP – foram realizados, no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, um conjunto de ensaios experimentais estáticos e cíclicos à temperatura ambiente que visam a avaliação do comportamento de uma tipologia inovadora de ligação viga-pilar, ambos constituídos por seções tubulares, a qual é efetuada através de um elemento auxiliar denominado por “reverse channel”. Em simultâneo, serão desenvolvidos modelos numéricos e analíticos através do método das componentes que caracterizem adequadamente o comportamento da nova tipologia de ligação. A presente tese, para além da identificação das componentes, visa o tratamento dos resultados experimentais, a investigação de metodologias existentes que possam ser aplicadas na quantificação da resistência e rigidez das novas componentes e, por fim, a comparação entre os resultados obtidos de forma a validar as metodologias analíticas existentes.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Ensaios em modelos reduzidos de sapatas com reforço lateral

Palavras-chave: fundações superficiais,capacidade de carga,ensaios de carga em placa,saia estrutural,solo arenoso denso e solto,shallow foundations,load capacity,plate load testing,structural skirt,dense and loose sandy soil

No dimensionamento das fundações superficiais é deveras importante que o projetista defina de forma explícita e objetiva a capacidade de carga e a previsão dos assentamentos. Um dos alicerces, no qual os projetistas se sustentam, é as informações que advém do ensaio de carga em placa. A presente dissertação aborda as questões da capacidade de carga de fundações superficiais com e sem saia estrutural e do comportamento destas em solos com diferentes compacidades. O objetivo fundamental consiste na análise do efeito da saia estrutural na capacidade de carga das fundações superficiais. O estudo deste efeito é desenvolvido através da execução de ensaios de carga em placa em modelos reduzidos, realizados no Laboratório de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil de Coimbra. Numa primeira parte da dissertação é apresentada uma descrição do trabalho laboratorial produzido acerca de ensaios de carga em placa com saia estrutural sob ação de uma carga centrada e de uma carga excêntrica. Posteriormente foi elaborada uma breve introdução ao tema da capacidade de carga em fundações superficiais, onde é exposto a teoria da plasticidade bem como as fórmulas dos vários autores associadas a esta teoria. Seguindo-se a descrição detalhada do programa experimental. O fundamento primordial desta dissertação reside no resultado dos 12 ensaios de carga em placa com e sem saia estrutural sob ação de uma carga centrada. Os resultados obtidos são minuciosamente analisados, com o intuito de satisfazer o objetivo. Neste trabalho existe o cuidado em conceber as conclusões e experiência adquirida de forma a ampliar o conhecimento acerca das fundações superficiais munidas de saias estruturais, ajudar nos trabalhos futuros e estimular o desenvolvimento deste tipo de fundações

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias
Simulação do comportamento de um solo artificialmente estabilizado com o modelo Cam Clay estruturado modificado

Palavras-chave: Comportamento de solos,Solos estabilizados

A execução de obras de Engenharia Civil (aterros, fundações, etc.) sobre solos moles requer frequentemente a melhoria do comportamento destes solos, os quais em geral exibem elevada deformabilidade e baixa resistência ao corte. Uma das técnicas de melhoramento consiste na mistura in situ do solo natural com ligantes formando colunas de solo estabilizado, técnica designada de deep mixing. A estabilização química induzida por esta técnica origina profundas alterações face ao solo não estabilizado, sendo essas alterações justificadas pela resistência da estrutura do solo. A simulação numérica do comportamento mecânico do solo quimicamente estabilizado com ligantes requer por isso a utilização de modelos constitutivos que incluam o efeito da estrutura deste novo material. A presente dissertação é elaborada com o propósito de simular o comportamento de solos estabilizados considerando o efeito da estrutura, para se analisar as características e os aspetos mais relevantes do seu comportamento, e visando a sua interpretação nos modelos constitutivos usados para o simular. Constata-se que as ligações cimentícias tem como objetivo unir os agregados de argilas, dando continuidade à fábrica, e que os efeitos da coesão, e o processo de desestruturação dessas ligações, representam as principais características a serem incorporadas em modelação constitutiva. O modelo Cam Clay Estruturado Modificado, é descrito e implementado numa análise de elementos finitos, para se simular o comportamento do solo mole do Baixo Mondego quimicamente estabilizado com ligante, tendo as suas potencialidades sido estudadas comparando os resultados numéricos com os obtidos nos ensaios triaxiais de corte não drenado e edométricos. Conclui-se que o modelo consegue captar com êxito a influência da estrutura na caracterização da compressibilidade, na relação tensão-deformação-resistência, e na evolução qualitativa das pressões intersticiais, embora se registem importantes discrepâncias em termos quantitativos

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias