Teses de doutoramento

N/A

N/A

Este documento visa dar cumprimento ao estipulado no N.º 8.2, alínea b), do Aviso N.º 17 428/98 (2ª série) Concurso de acesso a Investigador-Coordenador do Laboratório Nacional de Engenharia Civil, publicado no Diário da República - II Série, N.º 256, de 5 de Novembro de 1998, constituindo: "... uma síntese dos conhecimentos existentes sobre o tema a tratar, uma apresentação crítica dos problemas já tratados e dos problemas em aberto e um plano de estudos relativo a alguns desses problemas." O plano de estudo cita a metodologia proposta, o planeamento dos meios necessários, os objectivos a atingir e os benefícios operados da sua realização. No Capítulo Segundo apresenta-se uma selecção de metodologias necessárias ao desenvolvimento de inventários de recursos hídricos subterrâneos. No Capítulo Terceiro apresentam-se estudos de investigação programada, aplicada ou por contrato, recentemente desenvolvidos ou em desenvolvimento a nível nacional, comunitário ou internacional, sobre monitorização de águas subterrâneas. No Capítulo Quarto desenvolve-se o tema da protecção e reabilitação de aquíferos. No Capítulo Quinto desenvolve-se o tema da gestão optimizada de aquíferos. Como resultado da pesquisa bibliográfica desenvolvida, apresenta-se o estado-da-arte da simulação/optimização para o planeamento e a gestão do abastecimento por águas subterrâneas, tendo-se focado em especial a modelação que integra a componente qualidade das águas subterrâneas. No Capítulo Sexto apresenta-se um relato de âmbito "Temático" dos estudos desenvolvidos em Portugal sobre águas subterrâneas. Complementa-se este capítulo com a apresentação de estudos de carácter "Regional". No Capítulo Sétimo apresentam-se discussões, conclusões e recomendações para acções comunitárias de investigação concretizáveis em projectos ou em acções concertadas de investigação a nível europeu. Destacam-se as acções que contaram com a colaboração do candidato sobre prioridades da investigação comunitária no domínio da água, que permitem focar, a nível da Europa, as linhas mais carenciadas de investigação no domínio dos recursos hídricos subterrâneos. No Capítulo Oitavo apresentam-se discussões, conclusões e recomendações para acções comunitárias de projectos de investigação ou de acções concertadas de investigação que contaram com a colaboração do candidato sobre o tema internacionalização, que permitem focar a nível global, as linhas mais carenciadas de investigação no domínio dos recursos hídricos subterrâneos. Finalmente, e dando razão de ser a este Programa de Investigação, o Capítulo Nono é dedicado à apresentação de um Plano de Estudos integrando doze projectos de Investigação Programada. Este Programa de Investigação visa, assim, (1) contribuir para uma melhor sustentação científica no domínio dos Recursos Hídricos Subterrâneos, incorporando criticamente o vasto conhecimento já adquirido no País; (2) contribuir para um melhor conhecimento sobre os temas de investigação na União Europeia, visando o reforço das actividades nacionais de investigação, em recursos hídricos subterrâneos, no contexto actual de vontade política de incrementar a acção portuguesa de investigação na Europa; e (3) contribuir para um melhor conhecimento nacional sobre o tema da internacionalização além União Europeia, visando o reforço das actividades nacionais de investigação em recursos hídricos subterrâneos aplicados ao contexto actual, e pretendido, de globalização e afirmação do papel internacional da investigação comunitária.

A primeira centrifugadora geotécnica portuguesa foi recentemente instalada (1994) noLaboratório Nacional de Engenharia Civil. Para tanto estabeleceu-se um plano de acçãovisando três objectivos principais. Por um lado, e dada a natureza pioneira à escala nacional daaplicação em causa fundamentar a técnica de modelação física proposta. Por outro,materializar os meios necessários à exploração do novo recurso. Finalmente, aplicar a técnicade modelação física, no âmbito de um plano de investigação que permitisse ilustrar as suaspotencialidades. Esta dissertação constitui o corolário desse programa de acção, reflectindo ostrês objectivos programáticos estabelecidos.

N/A

O objectivo do presente trabalho é contribuir, no domínio dos modelos e dos métodos, para uma melhoria das capacidades de análise do comportamento ao longo do tempo das barragens abóbada e de outras estruturas de betão em massa que possam ser idealizadas como cascas. Pretendendo-se analisar as fases de construção, primeiro enchimento da albufeira e exploração normal das obras, as principais contribuições estão relacionadas com os seguintes aspectos: i) obtenção da topologia final das estruturas através de um processo incremental, considerando a variável tempo; ii) consideração de um modelo de comportamento do betão que inclui os efeitos da não-linearidade no ramo de tracção, para a parcela instantânea da deformação, da fluência e da relaxação, para a parcela diferida dessa deformação, e a maturação; e iii) consideração do comportamento não-linear das superfícies de descontinuidade. A análise dos modelos foi realizada pelo método dos elementos finitos, utilizando-se uma técnica incremental, quer na discretização da carga, quer na resolução dos problemas não-linear e ao longo do tempo. São usados elementos finitos de casca espessa para representação do meio contínuo, elementos de junta para representação das superfícies de descontinuidade e elementos de superfície para introdução da deformabilidade da fundação através da técnica dos coeficientes de Vogt. Os estudos de aplicação contemplaram as análises do comportamento durante a construção e o primeiro enchimento da albufeira da barragem do Alto Lindoso, e a análise do comportamento ao longo de toda a vida da barragem de Cahora-Bassa. Os resultados obtidos nestas análises apresentaram, em regra, uma boa concordância com os resultados da observação contínua das obras, o que atesta a fiabilidade das ferramentas numéricas desenvolvidas.

N/A

N/A

Eulerian-Lagrangian methods (ELMs) are increasingly used to simulate groundwater and surface water transport and water quality, largely due to their ability to use large time steps and to formally decouple processes with distinct time scales. Yet, two severe limitations remain: (1) ELMs do not inherently conserve mass, AND (2) in multiple dimensions, robust implementations of "higher-order" ELMs are expensive. Our research focused on the understanding of the main sources of errors in ELMs. We analyzed systematically the impact and relative importance of tracking errors, integration errors and forcing by non-conservative flow fields, on measures of mass conservation, overall accuracy and stability. From this analysis, we propose new methodologies and general guidelines towards mass conservative, globally accurate and stable multi- dimensional ELM transport simulations in estuarine and coastal regions. We performed a pioneering study of the influence of tracking errors, demonstrating their very strong negative impact on mass conservation, overall accuracy and stability. Low-order tracking methods are strongly discouraged in the presence of complex flow fields, typical of estuaries, because they are too inaccurate to allow overall mass balance and phase preservation, and they lead to potential instability. We show that the evaluation of the integrals at the feet of the characteristic lines is an important source of mass and overall errors, which can be controlled through grid refinement. To avoid such errors, we develop a new method that combines the flexibility and local mass properties of control volume finite element methods (CVFE), with a new quadrature integration technique. Subdivision quadrature overcomes stability constrains of traditional quadratures and allows for easy implementation in multiple dimensions. We find subdivision quadrature CVFE-ELMs to be an attractive alternative to current finite element ELMs in estuaries and coasts. Non-conservative flow fields are the primary concern for estuarine and coastal applications because ELMs cannot mitigate their effect without jeopardizing overall accuracy. We found bathymetric gradients and complex geometry to be the main sources for flow mass errors, and grid refinement to be inadequate to eliminate them. Consequently, mass imbalances in ELM solutions cannot be removed by grid refinement. Control volume finite elements and conservative-equation-based formulations are equally ineffective in the presence of a non-conservative flow. The problem needs to be addressed at the source, i.e., the circulation models that generate the flows. A detailed analysis of residence times illustrates the importance of improving numerical models, and provides new insights on the variability of residence times in estuarine systems. A new methodology is proposed, which emphasizes the importance of local analysis of residence times to understand the fluxing properties of a complex system, while providing an alternative approach to traditional bulk evaluations of residence times. Key Words: Flow mass conservation. Transport Mass conservation. Transport equation. Eulerian-Lagrangian methods. Finite Volumes. Finite elements. Accuracy Analysis. Residence Times.

No trabalho que se apresenta desenvolve-se uma metodologia original para o planeamento e desenvolvimento de estudos de reabilitação de aquíferos poluídos. O objectivo principal do estudo centra-se na análise e na sistematização das técnicas disponíveis para a reabilitação de águas subterrâneas poluídas, por forma a estabelecer critérios adequados à sua selecção, em função do tipo de problema de poluição hídrica e da situação hidrogeoquímica em presença. Com este projecto desenvolveu-se, pela primeira vez em Portugal, uma metodologia para o planeamento, a caracterização e o desenvolvimento de estudos de reabilitação de aquíferos poluídos, integrando nomeadamente os seguintes aspectos: (1) a análise e a inventariação dos principais tipos de problemas de poluição que afectam as águas subterrâneas; (2) as formas mais adequadas para a sua detecção (monitorização quantitativa e qualitativa de aquíferos); (3) a análise da evolução espaço-temporal de poluentes em aquíferos com recurso nomeadamente à modelação matemática e (4) a análise e investigação das formas possíveis para a reabilitação da qualidade da água nos aquíferos, face a diferentes tipos de poluição e diferentes tipos de aquíferos. O desenvolvimento dos conhecimentos relativos às metodologias de análise e recuperação de aquíferos permitiu sistematizar as estratégias mais utilizadas em investigação, a nível internacional, e a sua utilização em estudos de inventariação, controlo, protecção e reabilitação das águas subterrâneas poluídas em Portugal. A validação e aplicação prática dos conhecimentos desenvolvidos foi efectuada no aquífero quaternário superficial de Estarreja que apresenta um reconhecido problema de poluição dos seus recursos hídricos subterrâneos. Neste trabalho de aplicação prática foi adquirido e utilizado o mais moderno equipamento para a monitorização deste tipo de problemas de poluição, que permitiu a monitorização tridimensional da poluição no aquífero e a sua evolução no espaço e no tempo. O estudo propõe - com base numa cuidada inventariação, análise e estudo da mancha de poluição e, ainda, na previsão da sua evolução pela aplicação de modelos matemáticos do escoamento e transporte - uma estratégia para a recuperação do aquífero.