Dissertation submitted for obtain the degree of Doctor of Philosophy, at the Graduate Faculty of the University of Akron

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Francisco Jacinto Sarmento Correia de Araújo

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Francisco Jacinto Sarmento Correia de Araújo

Dissertation submitted for obtain the degree of Doctor of Philosophy, at the Graduate School of the University of Florida

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346597.pdf: 15788914 bytes, checksum: 9676d8374a2a7a0cf0470efde459d0d7 (MD5) Previous issue date: 2017 / O modo como a edificação é projetada influencia no desempenho térmico e no consumo energético ao longo de toda sua vida útil. Atualmente existem vários estudos que avaliam as tomadas de decisões na elaboração do projeto arquitetônico. Contudo, existem poucas pesquisas que avaliam a influência da orientação solar e do comportamento do usuário no desempenho térmico, principalmente para a cidade de Goiânia, zona bioclimática 6. O objetivo deste trabalho é avaliar, através de simulação computacional, a influência da orientação solar, associada ao comportamento do usuário, no desempenho térmico de uma tipologia de residência unifamiliar em Goiânia. O método foi dividido em cinco etapas: monitoramento, calibração, determinação dos padrões de uso a serem simulados, simulação e análise dos dados simulados. Com o monitoramento de uma edificação real foi possível calibrar o modelo de simulação. Para obter os padrões de uso que foram simulados, aplicaram-se 66 formulários a respeito do modo que os usuários ocupam o ambiente, operam portas e janelas, utilizam os equipamentos elétricos, utilizam a iluminação e o ar-condicionado. A fim de reduzir o número de padrões de uso simulados, foi feita a análise de cluster, uma análise estatística que permite agrupar os objetos com características similares e eleger um único objeto para representar todo o grupo. Com o modelo calibrado e os padrões de uso definidos, foi possível realizar as simulações a partir das combinações entre os padrões de uso e as oito orientações principais: 0ºN, 45ºNE, 90ºL, 135ºSE, 180ºS, 225ºSO, 270ºO e 315ºNO. Por meio das simulações, obtiveram-se a temperatura operativa, temperatura do ar e umidade relativa do ar, que permitiram realizar a análise de desempenho térmico, feita a partir dos conceitos de graus-médio, horas de desconforto e carta bioclimática. Verificou-se que as orientações norte e sul são as de melhor desempenho térmico e que o comportamento do usuário influencia no desempenho térmico. A diferença de horas de desconforto ao modificar a orientação foi de até 700 horas, ao considerar as horas anuais, e de 208 horas, ao considerar as horas ocupadas. As duas salas foram os ambientes que obtiveram melhor desempenho térmico devido à baixa carga térmica, à presença de elementos de sombreamento, dentre outras variáveis. Dessa forma, notou-se que a orientação e o comportamento do usuário influenciam no desempenho térmico; sendo que o comportamento do usuário é capaz de aumentar ou diminuir a influência da orientação no desempenho térmico.<br> / Abstract : The way a building is designed influences the thermal performance and energy consumption of the building over its lifetime. Currently there are several studies that evaluate the decision making in the design of the architecture project. However, there is little research that evaluates the influence of solar orientation and user behavior on thermal performance, especially for the city of Goiânia, located in bioclimatic zone 6. The objective of this work is to evaluate, through computational simulation, the influence of the solar orientation, associated to the user behavior, on the thermal performance of a typology of single family house in Goiânia. The method was divided in five steps: monitoring, calibration, determination of the patterns of use that will be simulated, simulation and analysis of data. By monitoring a real building it was possible to calibrate the simulation model. For the usage patterns that were simulated, questionnaires were applied in 66 houses regarding the way users occupy the environment, operate doors and windows, use electrical equipment, use lighting and air-conditioning. In order to reduce the number of usage patterns, a cluster analysis was performed, i.e., a statistical analysis that allows grouping objects with similar characteristics and choosing a single object to represent the whole group. Using the calibrated model and defined usage patterns, it was possible to carry out the simulations for the combinations of usage patterns and the eight main orientations: 0ºN, 45ºNE, 90ºE, 135ºSE, 180ºS, 225ºSW, 270ºW and 315ºNW. By means of computer simulations, the operating temperature, air temperature and relative air humidity were obtained. This allowed to perform the analysis of thermal performance, which was made from the concepts of degree-hours, hours of discomfort and bioclimatic chart. It was verified that the north and south orientations are the ones with the best thermal performance and that the user's behavior influences the thermal performance of the house. The difference in hours of discomfort when modifying orientation was up to 700 hours considering the annual hours, and 208 hours considering the hours the house is occupied.The two rooms were the environments that obtained better thermal performance due to the low thermal load, the presence of shading elements, among other variables. Thus, it was noticed that the orientation and the behavior of the user influence the thermal performance of a house; the behavior of the user is able to increase or decrease the influence of the orientation on the thermal performance.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A construÃÃo de barragens de terra geralmente à realizada com a utilizaÃÃo do solo na condiÃÃo nÃo-saturada, sendo que nesta situaÃÃo o comportamento mecÃnico depende, entre outros aspectos importantes, da distribuiÃÃo da sucÃÃo no maciÃo. Quanto maior for a sucÃÃo, mais aumenta a rigidez e a resistÃncia do solo e a condutividade hidrÃulica diminui. Pequenos barramentos de terra homogÃneos construÃdos no semiÃrido utilizam solo residual de gnaisse que compactados com baixas energia e umidade. Assim os maciÃos, em geral, apresentam a estabilidade dos taludes como funÃÃo da sucÃÃo e de uma estrutura rÃgida, mas com baixa densidade. Para verificar a estabilidade dos taludes dessas barragens à conveniente utilizar conceitos da MecÃnica dos Solos NÃo-Saturados. Essa pesquisa tem como objetivo apresentra um estudo laboratorial e numÃrico dos taludes de uma barragem experimental construÃda em uma fazenda da UFC â Universidade Federal do CearÃ, em QuixadÃ, CearÃ. Para considerar o efeito da sucÃÃo, foi determinada a relaÃÃo entre a sucÃÃo e a umidade do solo de construÃÃo da barragem (curva caracterÃstica ou de retenÃÃo) atravÃs da tÃcnica do papel filtro. Assim pode-se estimar os valores de sucÃÃo das amostras submetidas a ensaios de cisalhamento direto. Os resultados dos ensaios mostraram a dependÃncia da resistÃncia com a sucÃÃo caracterizada pela definiÃÃo do Ãngulo de atrito interno para sucÃÃo, chamado de b. Comprovou-se experimentalmente que a variaÃÃo do valor de b nÃo à linear, confirmando as observaÃÃes jà encontradas na literatura cientÃfica. Esses resultados experimentais foram utilizados para verificaÃÃo da estabilidade dos taludes da barragem com tÃcnicas de equilÃbrio limite e por elementos finitos com o procedimento denominado de reduÃÃo de parÃmetros de resistÃncia. Essa tÃcnica nÃo prÃ-define a geometria da superfÃcie potencial de ruptura. As anÃlises apresentaram resultados mais realistas e confirmaram o carÃter conservador utilizado na prÃtica em projetos de barragens, quando nÃo se considera a influÃncia da sucÃÃo e quando se adota superfÃcies circulares de ruptura na determinaÃÃo da estabilidade dos taludes de barragens de terra.

nÃo hà / The research aimed to evaluate the performance of sewage treatment plants septic-type anaerobic filters located in the state of Rio Grande do Norte and its study of post-treatment technique runoff aimed at removing nutrients (N and P) and pathogens, tailoring the physico-chemical and microbiological standards required for the reuse and considering legislation to launch in the receptor fluid, evaluating such studies in the temporal / spatial having spineless cactus (Opuntia ficus-indica (L.) Mill) as plant species grown on the slopes of runoff. For this work we used the cactus pear (Opuntia ficus indica L.Mill) because it has great adaptation to drought and strong native to northeastern Brazil, as well as the uniqueness in the cultivation of aquatic vegetation using domestic sewage. The survey was conducted in Santa Maria, located in Wastewater Treatment Plant of in Santa Maria, Rio Grande do Norte. Ramps were built three runoff with different slopes, 2%, 4% and 8% with 30 meters long and 10 meters further on ramp 8% incline. The liquid was applied to the ramps sewage in nature, with primary treatment and secondary treatment, from septic tanks and anaerobic filters. Application rates of sewage tested were 0.20 m / hm, 0.30 m / hm and 0.4 m / hm. We evaluated the ability of the system to remove nutrients, nitrogen and phosphorus as well as organic matter. With the realization of quantitative analysis was possible to determine which slope allowed greater removal and which operating flow. Of the three steps, the rate of 0.40 m / hm and inclination of 8% showed the best efficiency, being 93.55% and the concentration of 25.67 mg / L for BOD, 56.10% and concentration of 17.65 mg / L for N-total, 25.94% and the concentration of 5.98 mg / L for P -total, 4 logs and 1.89 x103 NMP/100mL concentration of coliforms and 22.20% to 534.29 final concentration &#956;S / cm electrical conductivity. The influent wastewater to the WTP parameters of BOD, N-total, P-total coliforms Thermotolerant and Electrical Conductivity for the 3rd stage were 398.12 mg / L, 40.22 mg / L, 8.08 mg / L; 2.81 x107NMP / 100mL and 686.75 mS / cm respectively. A septic tank and anaerobic filter, and the post-treatment system had values within the range mentioned in the literature were 34.68% and the final concentration of 260.02 mg / L, 78.61% and the final concentration of 85.14 mg / L to 93.55% and the final concentration of 25.67 mg / L respectively, for the best rate of application was 0.40 m / um and a gradient of 8%. In all aspects examined, the system has improved the quality of the final effluent, showing up as an alternative, with simple, inexpensive technique compatible with the economic reality of the Brazilian Northeast, although the rate of 0.20 m / hm and 0.30 m / hm showed a slightly lower efficiency of 0.40 m / um, they can not be discarded, since the values found are partially within the ranges quoted in the literature. / A pesquisa teve como objetivo avaliar o desempenho de ETEs do tipo fossas sÃpticas-filtros anaerÃbios localizados no Estado do Rio Grande do Norte, tendo como estudo de pÃs-tratamentos a tÃcnica de escoamento superficial com vistas à remoÃÃo de nutrientes (N e P) e patÃgenos, buscando-se adequar as caracterÃsticas fÃsico-quÃmicas e microbiolÃgicas aos padrÃes exigidos para o reuso e atender a legislaÃÃes para lanÃamento em corpo receptor hÃdrico. Tais estudos foram avaliados nas escalas temporal/sazonal, tendo a palma forrageira (Opuntia fÃcus-indica (L.) Mill) como espÃcie vegetal cultivada nas rampas de escoamento superficial. Para este trabalho, foi utilizada a referida espÃcie de palma, por ser esta de fÃcil adaptaÃÃo Ãs fortes estiagens e ser nativa no Nordeste Brasileiro, e tambÃm pelo ineditismo no cultivo dessa vegetaÃÃo com o uso de esgotos domÃsticos. A pesquisa foi realizada na ETE Santa Maria, localizada no municÃpio de Santa Maria, Rio Grande do Norte. Foram construÃdas trÃs rampas de escoamento superficial com inclinaÃÃes diferentes, 2%, 4% e 8% com 30 metros de comprimento e 10 metros adicionais na rampa de 8% de inclinaÃÃo. O lÃquido aplicado nas rampas era esgoto sanitÃrio in natura, com tratamento primÃrio e com tratamento secundÃrio, proveniente de fossas sÃpticas e filtros anaerÃbios. As taxas de aplicaÃÃo de esgoto testadas foram 0,20mÂ/h.m, 0,30mÂ/h.m e 0,4mÂ/h.m. Avaliou-se a capacidade do sistema em remover nutrientes, nitrogÃnio e fÃsforo, bem como matÃria orgÃnica. Com a realizaÃÃo de anÃlises quantitativas, foi possÃvel determinar qual inclinaÃÃo permitia maior remoÃÃo e em qual vazÃo de operaÃÃo. Das trÃs etapas, a taxa de 0,40mÂ/h.m e inclinaÃÃo de 8% foi a que apresentou melhores eficiÃncias, sendo 93,55% e concentraÃÃo de 25,67mg/L para DBO; 56,10% e concentraÃÃo de 17,65mg/L para N-Total; 25,94% e concentraÃÃo de 5,98mg/L para P-total; 4 logs e concentraÃÃo de 1,89x103NMP/100mL de coliformes termotolerantes e 22,20% e concentraÃÃo final de 534,29&#956;S/cm de condutividade elÃtrica. O esgoto afluente à ETE para os parÃmetros de DBO, N-Total, P-total, Coliformes Termotolerantes e Condutividade elÃtrica para a 3 etapa foram 398,12mg/L; 40,22mg/L; 8,08mg/L; 2,81x107NMP/100mL e 686,75&#956;S/cm, respectivamente. A fossa sÃptica e o filtro anaerÃbio, bem como o sistema de pÃs-tratamento, apresentaram valores de DBO dentro da faixa citada pela literatura, a saber: 34,68% e concentraÃÃo final de 260,02mg/L; 78,61% e concentraÃÃo final de 85,14mg/L e 93,55% e concentraÃÃo final de 25,67mg/L para a 1Â, 2 e 3 etapas, respectivamente. A melhor taxa de aplicaÃÃo foi a de 0,40mÂ/h.m e declividade de 8%. Em todos os aspectos analisados, o sistema melhorou a qualidade final do efluente, mostrando-se como alternativa, com tÃcnica simples e barata compatÃvel com a realidade econÃmica do nordeste brasileiro. Embora as taxas de 0,20mÂ/h.m e 0,30mÂ/h.m tenham apresentado uma eficiÃncia um pouco abaixo da 0,40mÂ/h.m, estas nÃo podiam ser descartadas, uma vez que os valores encontrados encontravam-se parcialmente dentro das faixas citadas pela literatura. Quanto aos parÃmetros de morfometria, a palma forrageira teve crescimento dentro dos limites encontrados pela literatura tÃcnica, para o comprimento, nÃmero de cladÃdios, largura, espessura, IAC e altura do cladÃdio, sendo as taxas de aplicaÃÃo de efluentes de 0,40mÂ/h.m e declividade de 2% as que mostraram melhores resultados.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2018-05-16T15:56:29Z No. of bitstreams: 1 170934.pdf: 3841340 bytes, checksum: 236f5a7b07eb2de3043c139024e5cacb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-16T15:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 170934.pdf: 3841340 bytes, checksum: 236f5a7b07eb2de3043c139024e5cacb (MD5) Previous issue date: 1990-04 / Este trabalho descreve estudo sobre a distribuição de tensões em torno de estruturas de concreto que atravessam barragens de terra. Os estudos consistiram de análise pseudo-tridimensional, que tira proveito dos estados planos de deformação, transversal pelo eixo da galeria e longitudinal pelo eixo da estrutura de barramento, utilizando um programa bidimensional de elementos finitos. Foram analisadas duas estruturas nas quais haviam sido instaladas células de pressão total na interface solo/estrutura, e os resultados obtidos nas análises pseudo-tridimensionais foram aferidos pela comparação com os valores de tensão registrados pela instrumentação. Complementando os estudos, foi avaliada a influência da geometria do terreno natural, deformabilidade da estrutura e relação entre os módulos de deformabilidade da fundação e do aterro, na distribuição longitudinal de tensões normais à estrutura; tendo sido também analisada a perturbação provocada no campo de tensões pela presença da intrusão rígida. / This dissertation describes a study on stress distribution around buried concrete structures under earth dams. The study consisted of a pseudo-tridimensional analysis, using a two-dimension finite element program, and taking advantage of the plane strain conditions through the dam and buried structure axis. Two structures were analysed, around which total pressure cells had been installed. The pseudo-tridimensional analysis results were compared with the values provided by the instrumentation. Additional studies were carried out to determine the influence on the longitudinal normal stress distribution, of the following parameters: natural groung geometry, flexibility of the structure, and relation between the foundation and embankment Young’s modulli. The disturbance in the stress field caused by the presence of the rigid structure was also evaluated.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2018-05-18T12:23:44Z No. of bitstreams: 1 172214.pdf: 920385 bytes, checksum: ab635bff42663645126f1aadb959f5e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-18T12:23:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 172214.pdf: 920385 bytes, checksum: ab635bff42663645126f1aadb959f5e2 (MD5) Previous issue date: 1991-01 / Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma formulação alternativa do método dos elementos de contorno, baseada numa equação integral hipersingular para as incógnitas naturais. São estudados problemas bidimensionais de potencial governados pela equação de Laplace e problemas de elastostática. São apresentados exemplos cujos resultados foram comparados com as suas soluções analíticas e as soluções obtidas com o método dos elementos de contorno clássico. / The objetive of this thesis is to develop an alternative formulation for the Boundary Element Method using a Hipersingualar integral equation for natural variables. Bidimentional problems governad by the Laplace Equation and Elastostatic are solved. Examples are presented and results are compared with the Classic Boundary Element Method and the exact solution.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2018-05-21T16:51:55Z No. of bitstreams: 1 172821.pdf: 1835211 bytes, checksum: b32930c0ae6a1cd089e4fabafc48058c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-21T16:51:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 172821.pdf: 1835211 bytes, checksum: b32930c0ae6a1cd089e4fabafc48058c (MD5) Previous issue date: 1991-05 / É apresentado um modelo unidimensional para cálculo de balanço hídrico baseado no modelo de evapotranspiração desenvolvido por SHUTTLEWORTH (1988) e na generalização da equação de Darcy para fluxo de água em solo não saturado. Os parâmetros do modelo possuem significado físico e podem ser determinados através de medições no campo. O modelo foi utilizado para simular o balanço hídrico da Reserva Florestal Ducke (AM) na condição atual, ou seja, coberta com floresta. O modelo foi desenvolvido para se ter uma ferramenta para a avaliação futura do efeito do desmatamento, já que a tentativa de se identificar tal efeito através da análise estatística de vazões dos rios amazônicos foi inconclusiva. / It is presented an unidimensional model to evaluate the water balance based on an evapotranspiration model developed by SHUTTLEWORTH (1988) and the generalization of Darcy’s equation for the water flux in an unsaturated soil. The parameters of the model have a physical meaning and can be determined in field investigations. The model was used to simulate the Reserva Ducke’s water balance in its actual condition, covered by the forest. This model was develop to evaluate, in the future, the effects of deforestation, since others techniques have failed, such as the statistical analysis of the Amazonian streamflow.