RCAAP Repository

Neste trabalho é efetuado um estudo numérico sobre o comportamento de vigas celulares de aço à temperatura ambiente e em situação de incêndio com foco no estado-limite último deflambagem lateral com torção. O trabalho tem como objetivo principal propor novos procedimentos para a determinação do momento fletor resistente de vigas celulares de aço sujeitas a esse fenômeno. Para isso, um modelo em elementos finitos foi desenvolvido e validado por comparação com resultados experimentais presentes na literatura e,posteriormente, utilizado em um estudo paramétrico de vigas celulares de aço originárias de perfis laminados fabricados no Brasil. A partir dos resultados do estudo paramétrico, foi proposto que o momento fletor resistente seja calculado multiplicando-se o momento deplastificação da seção transversal por novos fatores de redução para a flambagem lateral com torção, obtidos por meio da regressão das curvas de resistência numéricas. Os procedimentos propostos foram verificados com 1535 modelos numéricos à temperatura ambiente e com 10771 modelos numéricos em situação de incêndio, e apresentaram resultados mais próximos aos numéricos que outros procedimentos disponíveis na literatura.

A crescente urbanização em países em desenvolvimento têm resultado em crescentes níveis de poluição atmosférica. A identificação das múltiplas fontes de poluentes dos setores emissores para a qualidade do ar local e regional é essencial para a concepção de políticas de controle de emissões efetivas. A modelagem de qualidade do ar associada à cenários de emissão é uma ferramenta que pode orientar a seleção das estratégias de gestão de qualidade do ar mais eficientes e eficazes. Esse trabalho tem como foco Piracicaba, São Paulo, um munícipio com área de 1378 km² e população de 365 mil habitantes. Adiantando-se à revisão dos padrões de qualidade do ar nacionais realizada em 2018, São Paulo revisou os padrões aplicáveis ao seu território em 2013 aos níveis sugeridos pela Organização Mundial da Saúde, e propôs programas de redução de emissões para fontes estacionárias e móveis, singularizando regiões com excedências aos níveis de qualidade do ar almejados. Estratégias de controle propostas têm como foco emissões estacionárias locais, especialmente de indústrias, subestimando contribuições veiculares e de outras regiões metropolitanas à qualidade do ar local. Esse cenário foi modelado numericamente por meio de inventário de emissões de fontes industriais locais temporal e espacialmente alocadas, construído com informações de monitoramento e estimativas baseadas em fatores de emissão, em conjunto com emissões do inventário global EDGAR HTAP_V2 para representar outras emissões de fontes significativas. Esses dados foram processados usando o modelo SMOKE e, em conjunto com resultados do modelo meteorológico local e regional WRF, foram utilizados como entrada para a modelagem de cenários de reduções de emissão, estimando sua eficiência em atingir os padrões de qualidade do ar esperados, usando o modelo CMAQ. Resultados estimam que 20% de reduções nas emissões locais de material particulado podem resultar em melhorias de até 24% nas concentrações médias desse parâmetro na qualidade do ar, entretanto reduções de 20% nas emissões de poluentes precursores do ozônio troposférico podem resultar em um aumento de até 5% nas concentrações do ozônio na qualidade do ar em áreas críticas. Esse projeto fornece uma abordagem para a avaliação de cenários de reduções de emissões e seu impacto na qualidade do ar local aplicáveis à Piracicaba e a outras municipalidades no país.

Devido a um aumento da complexidade e dos custos da prestação de serviços de limpeza urbana, municípios brasileiros, com respaldo nas Leis 11.445/2007 e 12.305/2010, têm buscado cobrar pelo gerenciamento de resíduos sólidos urbanos, com fins de equacionar financeiramente as contas públicas. Entretanto, eles vêm encontrando dificuldades na elaboração desta cobrança, muitas vezes sofrendo questionamentos por parte da população e do poder judiciário, chegando até mesmo a serem revogadas por não obedecer aos critérios legais e técnicos exigidos, além de serem construídos sem transparência e justiça para com os usuários. Sabendo que uma cobrança que seja justa e inclusiva contribui para gestão de resíduos sólidos ambientalmente eficiente, este trabalho teve como objetivo estudar as diversas formas de cobrança e propor elementos que subsidiem uma nova forma de cobrança para a cidade de Belo Horizonte, utilizando de revisão bibliográfica, entrevistas e obtenção e análise de dados governamentais. Foi constatado que países desenvolvidos utilizam o sistema proporcional de cobrança (PAYT), sob formas distintas, enquanto os países em desenvolvimento, incluindo o Brasil, ainda estão em fase de implementar a cobrança, fazendo isto através de taxa fixa. A cobrança em Belo Horizonte, feita por taxa fixa utilizando unicamente o parâmetro de frequência de coleta, consegue atingir uma autossuficiência financeira de apenas 60%, e da forma que é realizada não comtempla os princípios do poluidor-pagador e responsabilidade compartilhada. Como propostas de alteração, foram sugeridas a divisão da taxa entre uma parcela fixa e uma variável, com inclusão dos parâmetros consumo de água e energia, área construída e uso do imóvel, além da alteração do veículo de cobrança do boleto de IPTU para o de água ou energia. Dessa forma, espera-se que a nova cobrança seja mais justa, em maior concordância com o princípio do poluidor-pagador, além de aumentar a arrecadação sem que haja reajuste do valor da taxa. Os esquemas PAYT de peso, contenedor e frequência foram considerados inviáveis para Belo Horizonte, porém para o futuro recomenda-se a cobrança feita pelo método de sacos/adesivos, por ser o método PAYT mais simples, barato e que traz bons resultados.

A mineração gera uma grande quantidade de resíduos que são depositados em estruturas conhecidas como pilhas de estéril e barragens de contenção de rejeitos. Os empreendimentos de mineração caracterizam-se por possuir um ciclo de vida bem definido, cuja última etapa é o fechamento. Para um planejamento financeiro adequado do empreendimento de mineração é necessário estimar o custo de fechamento da mina, de preferência ainda nas fases iniciais do projeto. A maior dificuldade de estimar custos de fechamento com antecedência é a natureza dinâmica da mineração e a incerteza quanto à conformação final das estruturas na época do fechamento. O objetivo do presente trabalho é propor índices para estimativa de custos de fechamento de pilhas de estéril e barragens de rejeitos em função de características destas estruturas. O volume de resíduos e a área da estrutura de disposição são as características quantitativas mais fáceis de serem obtidas em uma fase inicial de projeto e estão diretamente relacionadas ao custo de fechamento. O trabalho foi desenvolvido por meio de levantamento de custos de fechamento de diferentes empreendimentos. Para cada tipo de estrutura (pilha de estéril e barragem de rejeitos) foram elaborados gráficos de custo de fechamento vs. característica quantitativa (ex: área, volume). Foram ajustadas linhas de tendência aos gráficos do tipo y = ax + b, onde y representa o custo de fechamento e x a característica da estrutura. A inclinação a da reta representa o índice de estimativa de custo de fechamento que correlaciona a característica (volume ou área) da estrutura com o custo de fechamento. Foram elaborados box plots para verificar eventuais distorções dos resultados das regressões em relação ao conjunto de dados e fornecer uma margem de variação em torno do índice de estimativa de custo. De uma maneira geral os índices de estimativa de custo baseados na área da estrutura apresentaram melhores resultados do que os índices baseados no volume de material. O melhor índice de estimativa de custo obtido para pilhas de estéril foi R$ 5,68/m² de área superficial, considerando o intervalo entre R$ 5,50/m² e R$ 6,98/m². O melhor índice de estimativa de custo obtido para barragens de contenção de rejeitos inertes foi R$ 12,72/m² de área do reservatório, com uma variação esperada de R$8,40/m² a R$15,05/m². O melhor índice de estimativa de custo obtido para barragens de contenção de rejeitos sulfetados foi R$ 91,77/m² de área do reservatório, com uma variação esperada de R$ 73,57/m² a R$ 96,34/m². Conforme esperado, a natureza do estéril e dos rejeitos afeta significativamente os custos de fechamento, sendo que estruturas de disposição de rejeitos sulfetados tiveram índices de custo de 5 a 9 vezes mais altos em comparação com estruturas de disposição de rejeitos inertes.

A substituição de cobertura vegetal por edifícios e superfícies impermeabilizadas, além do desenvolvimento de diversas atividades antrópicas poluidoras, são capazes de alterar drasticamente as propriedades da superfície e interferir nas condições meteorológicas locais. O modelo de mesoescala Weather Research and Forecasting (WRF) quando acoplado à modelos de dossel urbano, como o Building Effect Parameterization (BEP), simula de forma mais completa os processos que ocorrem na camada limite urbana, determinando a distribuição de calor, umidade e momentum, horizontal e verticalmente. Dado que a aglomeração em cidades é uma tendência mundial, faz-se necessário testar as ferramentas disponíveis para o estudo dos efeitos da ocupação urbana nos processos que ditam a formação das condições meteorológicas, das quais dependem inúmeros serviços essenciais. Assim, este trabalho teve como objetivo geral avaliar o efeito da acoplagem de esquema de dossel urbano do BEP no WRF, denominado de uWRF, e aplicá-lo ao estudo do clima urbano da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH). Inicialmente, as áreas urbanas foram classificadas em zonas climáticas locais e atualizadas no banco de dados do modelo acoplado. A partir da parametrização do modelo e sua validação com dados medidos, foi observado que uma má representação do solo interfere significativamente na capacidade de predição do uWRF, sendo este, no entanto, promissor na redução do usual viés positivo da velocidade do vento apresentado pela abordagem padrão (controle). Posteriormente, foram comparados os resultados de temperatura do ar a 2m e os fluxos de energia superficiais das duas versões. Foi verificado que a abordagem padrão suprime os fluxos de calor latente nas classes urbanas, estimando um maior armazenamento de calor durante o dia, o que faz com que as temperaturas noturnas sejam mais pronunciadas que aquelas calculadas pelo modelo acoplado em até 1,1°C. Também foi proposto um cenário de urbanização futuro em que se simulou o espalhamento, adensamento e verticalização da mancha urbana atual. Observou-se um aumento máximo na temperatura do ar de 3,2°C e a intensificação da ilha de calor, na região centro-sul da capital. Por fim, testou-se a sensibilidade do BEP com relação à dois parâmetros que caracterizam o dossel urbano. Apesar das modificações brandas nos valores destes, foram perceptíveis as alterações na temperatura do ar e do solo, indicando que o módulo é sensível aos parâmetros de entrada e, portanto, devem ser adotados com critério. Espera-se que as limitações e potencialidades do modelo, bem como outros resultados aqui descritos possam auxiliar na condução de análises ulteriores.

Um dos problemas associados ao tratamento anaeróbio de esgoto doméstico relaciona-se com a presença de gases dissolvidos, sulfeto de hidrogênio e metano, no efluente dos reatores anaeróbios, que podem potencialmente ser emitidos para a atmosfera. O escape desses gases pode ocasionar problemas de maus odores e contribuir para o efeito estufa. O objetivo desta pesquisa foi investigar técnicas alternativas para minimizar as desvantagens da tecnologia anaeróbia, como: stripping no interior do compartimento sedimentação, câmara de dessorção instalada imediatamente após a saída do efluente do reator, microaeração e recirculação de biogás com microaeração. Foram utilizados dois reatores do tipo UASB, um em escala de demonstração e outro em escala-piloto, instalados no Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento UFMG/COPASA (CePTS). Os resultados obtidos com a técnica de stripping mostraram baixa eficiência de remoção de metano, cerca de 30%, e remoção na faixa de 40 a 60% de sulfeto de hidrogênio, indicando a necessidade de aprofundamento de estudos e melhor entendimento teórico dos mecanismos de remoção que poderiam levar à melhoria da técnica. Por outro lado, as eficiências de remoção obtidas com a técnica de câmara de dessorção foram muito mais elevadas, à depender da condição operacional, atingindo 60% ou mais para ambos os compostos dissolvidos, metano e sulfeto, nas condições mais eficazes. Para a melhor condição operacional testada, foram observadas eficiências de remoção, em termos de mediana, de 73 e 97% para o metano e o sulfeto dissolvidos, respectivamente, o que evidencia que a técnica de câmara de dessorção tem grande potencial de ser utilizada em maior escala. Já a técnica de microaeração e microaeração com recirculação não apresentaram efetividade na remoção da fase líquida, para o sulfeto e o metano dissolvidos, paras as condições de 30 e 40 ml/min para microaeração e de 30 e 70 ml/min para microaeração com recirculação de biogás . Entretanto, ela demonstrou ser promissora em termos de melhoria da qualidade do biogás formado no reator UASB, com foco no aproveitamento energético.

Reservatórios são construídos para diversas finalidades, como geração de energia, abastecimento de água, etc. Essas estruturas estão sujeitas a algum grau de assoreamento, visto que ao aumentar a área molhada do curso dágua, a velocidade de escoamento é diminuída, o que altera a capacidade do transporte de sedimentos. Esse assoreamento, dentre outros problemas, pode interferir no uso para o qual o reservatório foi construído. Assim, deve-se estimar a altura de material depositado e quando os sedimentos acumulados começarão a interferir nas funções do reservatório. Entretanto, prever o acúmulo de sedimentos é difícil porque os processos envolvidos são complexos, sujeitos à variabilidade temporal e a incertezas, o que torna o estudo não apenas determinístico, mas também estocástico. Assim, o objetivo desta pesquisa foi desenvolver um método estocástico e avaliar o seu desempenho na estimativa do assoreamento em reservatórios. Para a realização desse projeto foram utilizados os dados hidrossedimentológicos e topográficos da PCH Salto do Paraopeba, que foi construída em 1956, sendo que o reservatório se encontra intensamente assoreado, o que a tornou inoperante. No CPH da UFMG há um modelo reduzido do reservatório dessa PCH, sendo que o resultado de assoreamento observado nesse modelo foi utilizado para validar o método estocástico. Obtiveram-se os dados de vazões e concentrações de sedimentos em suspensão da PCH, os quais foram convertidos para a realidade do modelo reduzido, de acordo com as escalas de semelhanças hidráulicas. A partir desses dados, foram geradas estocasticamente milhares de séries sintéticas, utilizando o software estatístico R e o modelo AR(1). Os dados gerados foram introduzidos no HEC-RAS para estimar o assoreamento no modelo reduzido da PCH. Para isso, foi desenvolvido um código computacional que permite o acoplamento automático do modelo estocástico com o determinístico. O resultado obtido via simulação estocástica foi comparado com o assoreamento medido no modelo físico, observando-se que o assoreamento real, para os dois períodos analisados (2008-2012 e 2013-2017), sempre esteve entre o 1º e 3º quartil de probabilidade do resultado estocástico, ou seja, ao se ordenar de forma crescente os resultados gerados estocasticamente, tem-se que o assoreamento real sempre foi maior que 25% dos assoreamentos gerados e menor que 75% deles. Assim, tem-se que o método estocástico pode auxiliar em projetos futuros de estimativa de assoreamento em reservatórios, visto que ele permite a obtenção das probabilidades de alturas assoreadas em seções de interesse.

A presente dissertacao e um dos subprodutos do acordo de cooperacao tecnica celebrado, em janeiro de 2008, entre o CNPMS, o DESA e a COPASA. Teve como objetivo caracterizar e modelar o comportamento hidrogeoquimico da agua subterranea do sistema aquifero pelitocarbonatico existente na area que compreende o CNPMS, localizado no municipio de Sete Lagoas, Minas Gerais Brasil, buscando conhecer os processos naturais resultantes da interacao agua-rocha. Foram coletadas 600 amostras de solo, das quais 17 foram caracterizadas mineralogicamente por meio de difratometria de raios-X. Em complemento, foram coletadas 359 amostras de agua subterranea, entre os meses de novembro de 2010 e outubro de 2011, em 30 pontos de monitoramento, dos quais 26 deles recebem agua do Aquifero Poroso de Cobertura e 4 captam agua no Aquifero Fissural-Carstico.A partir dos resultados de analises fisico-quimicas das amostras de agua subterranea, o comportamento temporal e mediano dos principais parametros foi analisado. Alem disso, calculou-se, por meio do programa PHREEQC, os indices de saturacao dos principaisminerais que ocorrem no sistema aquifero estudado. Em outro momento, essas mesmas amostras foram classificadas quanto ao tipo hidroquimico, por meio de uma analise de cluster, a partir da qual foram definidos tres zoneamentos hidroquimicos, que estao diretamenteassociados a circulacao e tempo de transito da agua subterranea nesse sistema aquifero. Um modelo hidrogeoquimico conceitual foi desenvolvido com o intuito de caracterizar os ambientes geoquimico e hidroquimico e, assim, descrever o processo de evolucao da aguasubterranea no sistema aquifero. Desse modelo, foram feitas as seguintes interpretacoes. Na zona vadosa, a atuacao combinada do processo de evapotranspiracao e dissolucao dos minerais de ferro e aluminio proporciona uma evapoconcentracao desses elementos naagua, tornando-a saturada em goethita, hematita e gibbisita; Ao atingir a superficie freatica, a agua subterranea se encontra supersaturada em goethita, hematita e gibbisita, com um potencial a precipitacao desses minerais, tanto no periodo seco como no periodo chuvoso. Por outro lado, atinge o lencol freatico subsaturada em quartzo, ao longo de todo o ano. No que se refere a K-mica e seu produto de alteracao, a caulinita, os mesmos se tornam susceptiveis a dissolucao quando o aquifero e atingido por pulsos expressivos de recarga de agua de chuva. Para a calcita, a agua da porcao superior do Aquifero de Cobertura se mostrou sempre subsaturada, em funcao de nao estar em contato direto com a rocha calcaria. Na base do Aquifero Poroso de Cobertura, que esta em contato com o saprolito, verifica-se que apos episodios significativos de chuva, a agua subterranea passa a se apresentar com potencial a solubilizacao em K-mica e caulinita, disponibilizando silica a agua subterranea, que se torna supersaturada em quartzo. O teor de silica encontrado na mesma e decorrente da alteracao de minerais silicaticos, dos quais a caulinita e o mais estavel, de acordo com os diagramas de estabilidade dos aluminossilicatos. O contato da porcao basal do Aquifero de Cobertura com o topo da rocha calcaria potencializa a reacao de dissolucao da calcita no periodo chuvoso, no entanto, a agua subterranea chega a estar supersaturada com relacao a este mineral no periodo de estiagem. A agua subterranea que percola o aquifero fissural-carstico atinge o estado de supersaturacao em calcita, em funcao do contato direto e prolongado (o suficiente) com a rocha calcaria(carbonatica). Observa-se, ainda, que quase sempre a agua subterranea chega ao aquifero carstico ja saturada em quartzo, K-mica e caulinita, exceto quando a mesma recebe uma recarga significativa, em funcao de eventos de chuva expressivos, tornando-a subsaturadacom relacao a esses minerais. Alem disso, nota-se que ocorre uma queda no ISgibbisita na agua do aquifero carstico, levando-se a supor que ocorra uma precipitacao desse mineral ou oxido/hidroxido de aluminio no contato com o substrato rochoso carbonatico.

As estações de tratamento de água (ETA) possuem papel fundamental e estratégico no controle de doenças de veiculação hídrica por meio da potabilização da água, com vistas ao atendimento dos anseios da população que por elas é abastecida. Nesse contexto, avaliar o desempenho dessas estações é primordial, particularmente para os entes responsáveis pela etapa de controle da qualidade da água, tendo em vista que a ETA deve apresentar e operar com condições mínimas necessárias que atendam aos padrões de potabilidade. Como forma de antever situações adversas, bem como na busca de auxiliar os tomadores de decisão e gestores responsáveis por tais operações, foram propostos diversos modelos de predição de desempenho de ETAs, fazendo uso de uma série de ferramentas, notadamente da modelagem computacional, importante área da Inteligência Artificial (IA). Nesse contexto, essa pesquisa teve por objetivo propor modelos de predição de desempenho de estações convencionais de tratamento de água utilizando Redes Neurais Artificiais (RNA), tendo como parâmetros de controle a turbidez e a cor aparente da água tratada. Para o seu desenvolvimento foram elaborados cinco modelos em RNA, dois para ETAs de pequeno porte, dois para ETAs de médio porte e um para ETAs de grande porte. Os dados utilizados referem-se à qualidade da água bruta e tratada, aspectos operacionais e parâmetros hidráulicos de 12 estações de tratamento de água, quatro com vazões de até 50 L.s-1, três com vazões entre 50 L.s-1 a 500 L.s-1 e cinco com vazões acima de 500 L.s-1. Os modelos foram desenvolvidos utilizando o RStudio®, a partir da rede neural artificial multilayer backpropagation, com função de ativação logistic. Os modelos apresentaram coeficientes de determinação (R²) de 0,66 e 0,67 para a turbidez e a cor aparente da água tratada de estações de pequeno porte, respectivamente. Já para as ETAs de médio (Modelos 3 e 4) e grande (Modelos 5) porte os valores de R² foram 0,21, 0,33 e 0,60, respectivamente. Na comparação dos resultados, também foram desenvolvidos modelos em regressão linear múltipla, sendo constatado que os modelos em RNA apresentaram melhor desempenho. Os resultados corroboram para a aplicação de técnicas de IA, particularmente RNA, em ETAs, com vista à otimização de processo, menor consumo de produtos químicos e geração de resíduos, bem como para possibilitar operação mais eficiente e segura.

Reconstrução da superfícies é a área que se dedica a obter modelos geométricos complexos a partir de um conjunto finito de pontos não-organizados da superfície de objetos. Esta área vem se tornando cada vez mais importante dentro de Modelagem Geométrica e em outras aplicações como Computação Gráfica, Visão Computacional, Realidade Virtual e Engenharia. Esta dissertação apresenta uma revisão bibliográfica que aborda os principais métodos de reconstrução de superfícies. Esses métodos foram divididos em quatro categorias: métodos baseados em esculpimento, métodos baseados em funções implícitas, métodos incrementais e métodos baseados em modelos deformáveis. Uma ênfase maior é dada aos algoritmos baseados em esculpimento, especialmente aos algoritmos da família Crust, uma vez que esses possuem garantias teóricas de reconstrução, em função da densidade das amostras. Em 2D, é demonstrado que as garantias de reconstrução para o algoritmo beta-Skeleton são melhores que as do algoritmo raw crust, no entanto, o primeiro não pode ser estendido para R3. Também são apresentadas as versões 3D dos algoritmos raw crust e power crust, bem como os principais teoremas que definem suas garantias de reconstrução. Apresentam-se os resultados práticos obtidos na implementação do raw crust e power crust 3D. Para implementação desses algoritmos foi utilizada a biblioteca CGAL (Computational Geometry Algorithms Library). Esta biblioteca disponibiliza os principais métodos envolvidos nesses algoritmos, como, por exemplo, as triangulações de Delaunay tradicional e com peso. Além disso, oferece suporte a classes com aritmética de precisão arbitrária, necessária para os cálculos geométricos envolvidos nas triangulações. Através dessas implementações é mostrado que o algoritmo raw crust, tanto na versão bidimensional quanto tridimensional, é bem mais simples que o algoritmo power crust, não apresentando maiores dificuldades em sua implementação. O power crust é um algoritmo bem mais complexo, que envolve cálculos adicionais como: triangulação de Delaunay com peso, interseção entre bolas polares e cálculo do ortocentro dos tetraedros da triangulação. Por outro lado, apresenta melhores garantias de reconstrução que o raw crust. No entanto, os resultados obtidos não foram satisfatórios devido às dificuldades numéricas encontradas em sua implementação.Assim, este trabalho constitui uma base para o desenvolvimento de uma biblioteca capaz de reconstruir objetos a partir de amostras de pontos, que possa ser integrada ao modelador de sólidos GSM (GOPAC Solid Modeler) desenvolvido pelo grupo de pesquisa GOPAC (Grupo deOtimização e Projeto Assistido por Computador) da UFMG. Com esta futura integração, poderse-á gerar modelos de objetos diretamente no GSM a partir dos dados obtidos em um scanner tridimensional.

Este trabalho tem como objetivo geral o estudo e desenvolvimento de novas metodologias para desenho automático de grafos. Estas visam auxiliar na resolução de importantes problemas relacionados com a qualidade, legibilidade, confiabilidade e visibilidade das informações providas por aplicativos que utilizam recursos relacionados com a representação visual de dados. Normalmente estes aplicativos possuem características bastante exigentes em termos de critérios estéticos, restrições de desenho e principalmente eficiência, uma vez que exigem tomadas de decisões, na maioria das vezes, em tempo real. Para se atingir este objetivo, a abordagem para desenho de grafos ortogonais, denominada topologia-forma-métrica, foi estudada. Esta abordagem consiste em tratar o desenho em três etapas: planarização, ortogonalização e compactação. Por se tratar de um problema NP-Difícil, cada etapa é resolvida por heurísticas que visam atender a determinados critérios estéticos. Na maioria das vezes, estes critérios estéticos conflitam entre si, o que mostra tratar-se de um problema de otimização. Como são vários os critérios estéticos a serem considerados, pode-se claramente utilizar técnicas de otimização multicritério. Esta abordagem possui os seguintes problemas em aberto: i) não permitir o tratamento de mais de um critério estético por etapa; ii) fixar o embutimento planar que será submetido as próximas etapas. Isto não garante um desenho otimizado ao final do processo; ii) existência de dependências entre as três etapas da abordagem, exigindo que elas sejam executadas em uma ordem pré-definida. Estes problemas serão solucionados neste trabalho. As principais contribuições do trabalho são: i) a obtenção dos modelos matemáticos que representam diversos critérios estéticos e o tratamento dos mesmos por técnicas de programação linear inteira (PLI) e otimização multicritério na etapa de compactação; ii) o desenvolvimento de três abordagens híbridas utilizando a topología-forma-métrica com o algoritmo genético, e iii) o desenvolvimento de uma metodologia unificada que trabalha simultaneamente com os critérios de minimização de cruzamentos, dobras e a soma total das arestas, com o auxílio do algoritmo genético e de operadores de busca local. A metodologia por PLI gerou resultados melhores que a abordagem do fluxo de custo mínimo em rede quando aplicada considerando apenas um critério estético na compactação. Quando utilizada em um contexto com os vários objetivos modelados, gerou bons resultados respeitando os critérios estéticos e suas restrições. As abordagens híbridas resolveram o problema de fixar o embutimento planar existente na topologia-forma-métrica e apresentou melhorias de aproximadamente 50%, quando comparada aos resultados da abordagem clássica, para o pior caso tratado. A abordagem unificada, além de eliminar a interdependência entre as etapas, conforme ocorre na topologia-forma-métrica, apresentou bons resultados para a solução de problemas de desenhos ortogonais no grid. Além disto, ela garante flexibilidade para o tratamento do número de critérios estéticos e restrições necessárias e independe das características do modelo matemático que os representam, uma vez que trabalha em conjunto com o algoritmo genético.

Métodos sem malha vêm ganhando espaço na área de métodos numéricos como uma alternativa aos métodos tradicionais, como o Método dos Elementos Finitos (FEM) e o Método das Diferenças Finitas (FDM). A principal característica dos métodos sem malha é a ausência de uma malha para construção de suas funções de forma, funções usadas para gerar as aproximações da solução. Dessa maneira, o domínio é representado por um conjunto de nós espalhados ao invés de uma malha ou um grid, como ocorre no FEM e no FDM. Este trabalho apresenta um framework para a solução de problemas eletromagnéticos utilizando métodos sem malha, chamado MFree Framework. O framework é desenvolvido na linguagem de programação C++ sob o paradigma de programação genérica usando o mecanismo de templates. A programação genérica tem como objetivo representar algoritmos e estruturas de dados da forma mais genérica possível, com as abstrações descritas por conceitos. No MFree Framework, as estruturas de dados são parametrizadas, permitindo que métodos, funções de forma, procedimentos de integração, formulações e outros componentes sejam combinados de várias maneiras para solucionarum determinado problema. Como os tipos de dados são implementados de modo a satisfazer um ou um conjunto de conceitos, novos tipos podem ser desenvolvidos e usados com as estruturas de dados previamente disponíveis de forma direta, o que torna o frameworkbastante extensível. Na versão atual, o framework instancia aplicações capazes de solucionar problemas utilizando o Element-Free Galerkin Method (EFG), o Meshless Local Petrov-Galerkin Method (MLPG) e o Point Interpolation Method (PIM) e suas variações. Todavia, outros métodos podem ser facilmente implementados devido ao caráter genérico com que é construído. Para testar essas instanciações do framework, alguns problemas eletrostáticos e magnetostáticos são resolvidos e o MFree Framework demonstra ser uma ferramenta de grande exibilidade, utilidade e importância para futuros desenvolvimentos na área de métodos sem malha.

O presente trabalho trata da aplicação dos métodos sem malha a alguns problemas da física matemática descritos ou por equações integrais ou por equações diferenciais parciais. Os métodos sem malha são uma recente alternativa ao já muito conhecido Método dos Elementos Finitos. Entretanto, diferentemente deste último e de acordo com seu nome, não requerem o uso de nenhum tipo de malha ou grid. Depois de desenvolver a estrutura teórica, esses métodos são aplicados a problemas de áreas relevantes para a Engenharia Elétrica, tais como Eletrostática (equação de Poisson tridimensional), Espalhamento de Ondas Eletromagnéticas (Equações integrais dos campos elétrico e magnético, e a equação de Helmholtz), Cristais Fotônicos (determinação do \\\\bandgap\\\\) e Mecânica Quântica (estrutura de banda dos sólidos e a equação de Schrdinger linear e não-linear).

Uma técnica para gerar nuvens de pontos para métodos sem malha, que são limitadas por uma função de densidade especificada e pela geometria de entrada é apresentada. Inicialmente, os pontos são distribuídos ao longo das bordas da geometria identificando seus limites e as fronteiras entre diferentes materiais. Para gerar pontos dentro da geometria, duas abordagens diferentes são usadas: (i) distribuição aleatória e (ii) uma subdivisão baseada em quadtree, onde o menor quadrado que circunda a geometria é recursivamente subdividido em quatro, com a criação de um novo ponto no centro de cada quadrado. Em ambos os casos, o processo iterativo é interrompido quando a densidade de pontos se aproxima da função de densidade especificada. Os pontos iniciais são redistribuídos usando o algoritmo iterativo de refinamento de Lloyd, até a distribuição esperada ser cumprida. Tanto distribuições uniformes de pontos quanto não uniformes, onde a função de densidade não é constante, podem ser atendidas. A qualidade final da nuvem resultante só depende do algoritmo de refinamento de Lloyd. No entanto, o algoritmo que gera pontos iniciais com base em quadtrees, embora mais complexa do que a geração aleatória, necessita menos iterações do algoritmo de Lloyd para atingir a qualidade esperada. Isto é devido ao fato de que seus pontos de distribuição inicial já levam em conta a função de densidade especificada.

O trabalho contempla uma investigação experimental que avaliou o desempenho da filtração direta ascendente e descendente para tratamento de águas oriundas de reservatório de acumulação que apresenta baixa turbidez e presença de algas. Foi estudado o comportamento de três unidades-piloto sendo duas de escoamento descendente. Destas, uma caracterizava-se pelo meio filtrante com espessura de 1,10 m. Os demais meios filtrantes foram definidosconforme a normatização brasileira. As taxas de filtração de 180 e 240 m3/m2xdia foram aplicadas em três etapas distintas. Avaliou-se, também, a retenção de algas ao longo do meio filtrante e a possível correlação entre a contagem de algas e os parâmetros de turbidez, coraparente, carbono orgânico total (COT) e sólidos suspensos (SS).O efluente das unidades filtrantes apresentou resultados satisfatórios no que tange à qualidade, calcada na premissa da turbidez filtrada inferior a 0,5 uT. Em nível de remoção de algas, o filtro com areia de menor granulometria apresentou elevada eficiência além de uma menorvariabilidade da retenção ao longo da carreira de filtração. Todavia, foram obtidas durações de carreira aquém para as unidades de escoamento descendente. Houve uma menor retenção de algas do grupo sistemático fitoflagelados e elevada remoção de Cyanophytas, Chlorophytas e Bacillariophyceaes. A retenção de algas nos meios filtrantes de maior granulometria deu-se predominantemente às espessura de 15 cm e 30 cm para os escoamentos descendente e ascendente, respectivamente, tendo-se observado uma saturação ao final da carreira de filtração induzindo elevadas concentrações à água filtrada. Na outra unidade de escoamento descendente a retenção ocorreu além dos 10 cm de espessura iniciais do meio filtrante.O filtro de escoamento ascendente mostrou-se eficiente, apontando para a possibilidade de obtenção de carreiras de filtração relativamente longas com produção de água com qualidade satisfatória. Não foram detectadas correlações significativas entre a concentração de algas e os parâmetros de turbidez, cor aparente, COT, SSV, e entre turbidez e SST.

A Engenharia Ambiental é uma nova modalidade da engenharia, criada pelo Ministério da Educação e do Desporto MEC através da Portaria no 1.693, de 5 de dezembro de 1994. Desde 1.992, quando foi criado o primeiro curso dessa modalidade no Brasil, foram estruturados e estão sendo ofertados 59 cursos, em 16 estados brasileiros. As regiões sudeste e sul concentram 75% desses cursos e 72% das vagas ofertadas. Apesar da Resolução CNE/CES no 11, de 11 de março de 2002 estabelecer diretrizes curriculares nacionais do curso de graduação em engenharia, observou-se que os cursos de Engenharia Ambiental ofertados pelas Instituições de Ensino Superior brasileiras apresentam diferenças de concepção e de estruturas curriculares de tal forma significativas que torna-se urgente definir conteúdos mínimos comuns que assegurem uma identidade para esta nova modalidade da Engenharia, além de atender aos requisitos mínimos estabelecidos nas diretrizes curriculares nacionais. O objetivo deste estudo foi conhecer o universo dos cursos ofertados no Brasil e alguns no exterior, estudar suas matrizes curriculares, colher a opinião de técnicos que trabalham com as questões ambientais sobre o perfil desejável para o profissional egresso desses cursos e, a partir dessas informações, propor uma estrutura curricular que permita ao egresso do curso efetivamente atender à crescente demanda da sociedade por profissionais com visão sistêmica, multidisciplinar e transdisciplinar que as questões ambientais requerem. O estudo desenvolvido permitiu ainda conhecer as principais interfaces entre a engenharia ambiental, outras engenharias e outras áreas do conhecimento. A conclusão do trabalho deixa clara a necessidade de um grande esforço por parte das IES que estão ofertando cursos de Engenharia Ambiental para criar uma identidade nacional para seus cursos. Uma identidade capaz de tornar a profissão de engenheiro ambiental conhecida, respeitada e de interesse de toda a sociedade brasileira, na medida que o desenvolvimento sustentável é a única forma de assegurar a sobrevivência das futuras gerações.

As variáveis hidrológicas, e as vazões de enchentes em particular, são consideradas variáveis aleatórias e, portanto, sujeitas à análise pela teoria de probabilidade e estatística matemática. As estimativas dos quantis extremos dessas vazões e de suas probabilidade de excedência constituem elementos indispensáveis para o dimensionamento e a avaliação de falha das estruturas hidráulicas de grande porte. Para cheias menos raras, a análise convencional de frequência de vazões apresenta um conjunto satisfatório e rotineiro de métodos de estimação. Para enchentes extremas, entretanto, não existe um conjunto consensual de metodologias a se empregar, dadas as grandes incertezas inerentes à estimação, com base em pequenas amostras. Nesse sentido o U. S. National Research Council (NRC, 1988) identificou três princípios a serem seguidos para a melhoria das estimativas de quantis extremos de vazão, a saber: substituição do tempo pelo espaço", "inclusão de maior estrutura aos modelos utilizados" e "enfoque na cauda superior das distribuições de probabilidade". A metodologia proposta nesta dissertação fez uso dos três princípios mencionados de uma forma unificada. No contexto dessa metodologia, as vazões de pico excedentes sobre um valor limiar arbitrário e os volumes de cheia, associados a essas excedências, são individualizados e modelados como um processo estocástico pontual marcado usando-se a representação de um processo composto de Poisson. A essência do método proposto consiste em se estimar separadamente a função densidade marginal de probabilidade dos volumes de cheia, para urna duração equivalente ao tempo de base da bacia, e a função densidade das vazões de pico condicionadas aos volumes. Na sequência, a função de distribuição de probabilidades anuais das vazões de pico pode ser estimada através da integração do produto entre a densidade marginal de probabilidade dos volumes de cheia e a densidade das vazões de pico condicionadas aos volumes. A agregação da informação hidrometeorológica regionalizada serve o propósito de guiar a estimativa da densidade dos volumes de cheia. Essa agregação faz uso de algumas premissas sobre a Transformação chuva-vazão, sob condições extremas. Por outro lado, a regionalização das precipitações faz uso da distribuição TCEV (Two Component Extreme Value). A metodologia proposta combina técnicas estatísticas contemporâneas e busca extrair o máximo de informação dos dados observados em uma bacia. Nesse sentido, espera-se que outras aplicações do método proposto, além da apresentada na presente dissertação, possam melhorar as estimativas de quantis extremos de vazão.

O presente trabalho apresenta um exemplo de levantamento de capacidade natatória de peixes neotropicais, realizado através de um estudo de caso com o mandi (Pimelodus maculatus, Lacepède, 1803) para o qual foram realizados dois tipos de testes de capacidade natatória. Os ensaios de velocidade prolongada (velocidade fixa) e prolongada crítica (velocidade variável, Brett 1964) permitirão o incremento constante do conhecimento das características de nado de nossa ictiofauna, visando a contínua melhoria dos parâmetros construtivos dos Mecanismos de Transposição de peixes implantados ou a implantar. Para o desenvolvimento desse trabalho utilizou-se um aparato experimental constituído basicamente por um túnel hidrodinâmico horizontal, operado pela ação de duas bombas centrífugas, no interior do qual o peixe era introduzido e confinado numa seção de teste feita em acrílico. Foram realizadas adaptações neste aparato, visando melhoria da medição de vazão, do controle do funcionamento hidráulico e da variação térmica. Assim, para obtenção de uma curva de velocidades que pudesse ser comparada com as dos peixes de clima temperado, foram realizados testes de determinação das velocidades prolongada e prolongada crítica do Pimelodus maculatus, espécie de peixe abundante nos rios do sudeste brasileiro. As velocidades levantadas foram obtidas por meio de medições indiretas, isto é, da aferição da velocidade do escoamento no qual o peixe nadava, tendo sido utilizado um medidor de vazão do tipo eletromagnético. O procedimento de teste de velocidade prolongada crítica consiste na aceleração contínua e periódica do escoamento até que o peixe entre em fadiga, verificando-se a velocidade máxima resistida pelo mesmo. O teste de velocidade prolongada consta de uma fase de adaptação ao fluxo, levando a velocidade até o patamar desejado. Desse ponto em diante anotava-se o tempo de fadiga, até o limite de 200 minutos àquela velocidade. Durante os ensaios sempre foi prática constante analisar o comportamento do exemplar no aparato e levantar características físicas do mesmo, bem como as do meio (temperatura, OD, pH e pressão). De posse desses resultados foram feitas regressões múltiplas para verificar as relações das variáveis envolvidas no processo, traçando em seguida a curva de velocidades. Posteriormente confrontou-se tais relações com as encontradas na bibliografia pesquisada, objetivando a comparação das curvas.

O presente estudo tem o objetivo de avaliar a propagação de uma onda de inundação causada por uma ruptura de barragem utilizando abordagens uni e bidimensional. Essas abordagens foram aplicadas ao caso da barragem de Rio de Pedras, situada na bacia do Alto rio dasVelhas. O reservatório associado à barragem recebe a contribuição de uma área de drenagem de 542 km², sendo o seu volume total de aproximadamente 6,0 hm³. A barragem é de concreto, do tipo contraforte, com 17 arcos múltiplos. O comprimento total da crista é de 122,00 m e a altura máxima é de 32,00 m. A onda de ruptura foi propagada ao longo de 82 km no rio das Velhas, atravessando as cidades de Rio Acima, Raposos e Sabará, como também dois bairros de Nova Lima: Honório Bicalho e Santa Rita, no estado de Minas Gerais. Para simular um evento de ruptura torna-se necessário, primeiro, determinar o hidrograma defluente devido à brecha formada. As características principais a serem obtidas no momento da ruptura são a forma da brecha e seu tempo de formação. A propagação da onda de rupturaenvolve fenômenos de difícil caracterização matemática e com grande variação das variáveis hidráulicas no tempo e espaço. Entre as ferramentas existentes para a propagação da onda de inundação em formulação unidimensional, o modelo numérico FLDWAV foi escolhido. Esse modelo foi desenvolvido pelo National Weather Service (NWS) dos Estados Unidos e está baseado na solução das equações completas de Saint-Venant. O modelo numérico bidimensional usado para a propagação de escoamento não permanente e gradualmentevariado é o modelo FESWMS. Esse modelo foi desenvolvido pelo Federal Highways Administration (FHWA) dos Estados Unidos e foi escolhido porque é um modelo hidrodinâmico que simula a descarga bidimensional de sistemas fluviais com topografia complexa. Durante as simulações realizadas usando o modelo FLDWAV, um estudo desensibilidade foi feito para avaliar a influência da descarga de pico e do hidrograma de ruptura na variação da onda de cheia formada. As influências do coeficiente de rugosidade e o número de seções transversais utilizadas também foram verificados. Os resultados numéricos foram associados à cartografia da região estudada, com a intenção de gerar mapas de inundação para áreas rurais e urbanas. O software IDRISI, desenvolvido pela Universidade de Clark, no Instituto de George Perkins Marsh, foi usado para associar os dados derivados dassimulações numéricas à cartografia da área de estudo. Esse modelo também permitiu a delimitação das áreas inundadas a jusante da represa para diferentes cenários adotados.

A pesquisa desenvolvida nessa tese teve três enfoques: a investigação das influências da Oscilação Sul (OS) sobre as precipitações e as vazões trimestrais da bacia do Alto São Francisco; a elaboração de modelos probabilísticos para previsão consensual das precipitaçõessemestrais e as vazões trimestrais em categorias (Abaixo do Normal, Normal, Acima do Normal) utilizando como variáveis preditoras as anomalias de temperaturas da superfície do mar em diferentes regiões dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico e o Índice de OscilaçãoSul (SOI); e a modificação na definição dos dados de entrada do método Extended Streamflow Prediction (ESP) para previsão de vazões mensais. Os estudos indicaram que a OS não influencia os volumes precipitados de outubro a março, mas afeta a distribuição temporal das chuvas. Na fase fria (La Niña) a precipitação acumulada no início do ciclo chuvoso,principalmente de outubro a dezembro (OND), tende a ser maior que as das outras fases. Na fase quente (El Niño) ocorre o contrário, pois os volumes acumulados são superiores no final do ciclo, de janeiro a março (JFM), e inferiores no início. Esses resultados podem explicar ofato das vazões no trimestre de OND serem semelhantes em todas as fases da OS e apresentarem uma tendência de serem inferiores na fase fria do trimestre de JFM. A Oscilação Sul parece influenciar os volumes precipitados do semestre de abril a setembro, principalmente no trimestre de abril a junho (AMJ), quando existe uma tendência de maiores precipitações e vazões trimestrais durante a fase quente. Na previsão consensual das precipitações semestrais sobre o Alto São Francisco os preditores selecionados foram as anomalias de temperatura do mar nas regiões Niño1+2, Niño3.4 e ZCIT, e no caso das vazões trimestrais houve uma predominância das anomalias de regiões dos oceanos Pacífico e Índico, além do Índice de Oscilação Sul. Comparando os resultados das previsões, através do índice de Half-Brier, verificou-se que os modelos de previsão consensual desenvolvidos trouxeram ganhos em relação às previsões realizadas a partir da climatologia. A modificação da entrada de dados da técnica ESP consistiu na geração de trajetórias de precipitação utilizando umadistribuição mista da precipitação semestral do Alto São Francisco, que é a soma das distribuições associadas às precipitações abaixo do normal, normal e acima do normal, adotando os resultados do modelo de previsão probabilística consensual como sendo os pesose empregando as distribuições temporais das chuvas associadas às fases da Oscilação Sul. A avaliação dos resultados, utilizando o índice de Half-Brier, indicou que as previsões obtidas com essa metodologia foram superiores às realizadas a partir da climatologia.