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Doutoramento em Engenharia Civil O estudo de escoamentos turbulentos em descarregadores em degraus tem sido um desafio para os investigadores. A macro-rugosidade do leito, a ondulação da superfície livre, a intermitência da localização da secção inicial de entrada de ar e o escoamento bi-fásico a jusante da secção inicial de entrada de ar fazem com que a caracterização do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus não seja simples. Actualmente, é possível combinar técnicas de medição fiáveis com simulações numéricas e análise teórica. Nesta dissertação, o estudo experimental baseia-se em resultados experimentais obtidos em duas instalações experimentais: a instalação A, do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), dotada de um descarregador em degraus com declive de 1V:0.75H e a instalação B, do Instituto Superior Técnico (IST), dotada de um descarregador em degraus com declive de 1V:2H. Uma sonda de ar, um tubo de Pitot modificado e vários hidrómetros permitiram o estudo do escoamento deslizante sobre turbilhões mono- e bifásico ao longo do descarregador em degraus da instalação A. Na bacia de dissipação de energia, a observação visual do escoamento foi auxiliada pelas leituras efectuadas em tomadas de pressão localizadas na soleira da bacia e pelas leituras da altura do escoamento efectuadas em réguas graduadas localizadas nas paredes da bacia. Na instalação B foram utilizados um tubo de Pitot e vários hidrómetros para estudar a região não arejada do escoamento deslizante sobre turbilhões no descarregador em degraus. O estudo numérico é baseado em simulações numéricas da região não arejada do escoamento deslizante sobre turbilhões sobre descarregadores em degraus com o código comercial de CFD FLOW-3D® de modo a reproduzir as condições ensaiadas experimentalmente. As simulações beneficiaram da técnica de blocos múltiplos (multi-block) num sistema de coordenadas cartesianas, da determinação da superfície livre pelo método TruVOF e da utilização de dois modelos de turbulência: os modelos k- e RNG k-. Por último, o estudo teórico consistiu em desenvolver um modelo simplificado 1D para determinar as características hidráulicas principais do trecho não arejado do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus. O modelo foi desenvolvido a partir das equações de Navier-Stokes, conjuntamente com resultados experimentais e numéricos. Os resultados apresentados nesta dissertação contribuem para o conhecimento do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus, nomeadamente na região não arejada, na secção inicial de entrada de ar e na região arejada. A hidráulica dos dissipadores de energia a jusante de descarregadores em degraus, em particular das bacias tipo III do USBR, é também objecto de estudo. Em relação à região não arejada do escoamento em descarregadores com declive acentuado, e com base em resultados experimentais e numéricos, são propostas expressões para estimar o desenvolvimento da altura equivalente de água, da espessura da camada limite, da concentração média de ar, do coeficiente de energia cinética, da dissipação de energia, do factor de resistência e do coeficiente n da fórmula de Manning. São ainda propostas expressões adimensionais para a energia cinética turbulenta e sua dissipação. Para declives moderados, são propostas expressões para estimar o desenvolvimento da altura equivalente de água, do coeficiente de energia cinética e da energia específica residual. São ainda apresentados valores do expoente 1/N da expressão adimensional da distribuição de velocidades, quer para descarregadores com declive acentuado quer com declive moderado. Em conformidade com outros estudos centrados em escoamentos de parede e com derivações teóricas, para a região não arejada do escoamento em descarregadores em degraus de acentuado declive, observa-se que o factor de resistência depende da macro-rugosidade criada pelos degraus e da geometria da secção transversal e que o coeficiente n da fórmula de Manning aumenta com a rugosidade. A descrição estatística da turbulência do escoamento é igualmente explorada, contribuindo para o conhecimento da estrutura do escoamento. Observou-se que para números de Reynolds rugoso não superiores a 6.8x104 a energia cinética turbulência e a sua dissipação cumprem leis de semelhança. Estas expressões adimensionais estão de acordo com os resultados obtidos por outros autores para escoamentos completamente desenvolvidos em canais abertos e no escoamento em rios com leito de gravilha. Em acréscimo, a taxa de dissipação de energia, quer para descarregadores de declive acentuado quer de moderado declive, é baixa. Por último, observa-se que os valores da média temporal da concentração de ar entre 0 e 1 medidos na região não arejada do escoamento dizem respeito não só ao ar capturado entre ondas de água, na zona de ondulação da superfície livre, mas também ao ar emulsionado no escoamento, i.e., sob a forma de bolhas de ar, quando perto da secção média inicial de entrada de ar, devido à diferença entre localizações instantânea e média temporal. Foram revistas metodologias e fórmulas para estimar a localização da secção inicial de entrada de ar e apresentadas expressões para estimar a concentração média de ar e a altura equivalente de água nessa secção. Relativamente à região de escoamento arejado em descarregadores em degraus com declive acentuado, os resultados experimentais apresentados nesta dissertação permitiram estimar a influência da definição da superfície livre nos parâmetros hidráulicos da região do escoamento arejado e estimar a máxima elevação do escoamento nesta região do escoamento. Com base nos resultados experimentais obtidos na bacia de dissipação de energia do tipo III do USBR localizada a jusante do descarregador em degraus da instalação A, observou-se que os perfis da altura piezométrica e da altura do escoamento tendem a seguir o perfil recomendado pelo USBR para bacias tipo III. A excepção ocorre à entrada da bacia, onde as alturas piezométricas apresentadas nesta dissertação excedem largamente as apresentadas pelo USBR. É ainda observado que, tal como entre as bacias tipo I e tipo III do USBR, o ressalto hidráulico estabiliza muito mais rapidamente numa bacia tipo III a jusante de um descarregador em degraus do que uma bacia tipo I a jusante do mesmo descarregador em degraus. Finalmente, observa-se que os blocos de amortecimento a colocar no descarregador não têm influência visível nos resultados da altura piezométrica nem da altura do escoamento ao longo da bacia. Relativamente às simulações numéricas do escoamento não arejado, a proximidade entre resultados experimentais e numéricos permite validar o modelo teórico e a integração numérica usados no FLOW-3D®. As simulações desenvolvidas também mostraram que o modelo de turbulência k- permite representar as características do escoamento não arejado em descarregadores em degraus, uma vez que não foram observadas diferenças significativas entre as simulações com este modelo e com o modelo RNG k-. Finalmente, observou-se que o modelo de entrada de ar usado no FLOW-3D® é válido para estimar a localização da secção inicial de entrada de ar. Por último, a proximidade entre os resultados obtidos da aplicação do modelo teórico desenvolvido no âmbito desta dissertação e os resultados experimentais indica que as hipóteses e simplificações consideradas no desenvolvimento do modelo são adequadas. The study of turbulent flows in stepped chutes has been a challenge for researchers. The macro-roughness of the bottom, the undulated free-surface, the intermittent inception point location and the two-phase flow downstream of the inception point do not make the characterization of the skimming flow in stepped chutes easy. At present, reliable measurement techniques can be combined with numerical simulations and theoretical analysis. In this dissertation, the experimental study is based on data acquired in two laboratory models: model A, of the Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), which has a stepped chute with slope of 1V:0.75H, and model B, of the Instituto Superior Técnico (IST), which has a stepped chute with slope of 1V:2H. A conductivity probe, a back-flushing Pitot tube and several point gauges allowed the investigation of the mono- and two-phase skimming flow down the stepped chute of model A. In the stilling basin, visual observation was helped by pressure taps installed along the floor of the basin and by rulers in the sidewalls of the channel. In model B, a Pitot tube and point gauges were used to study the non-aerated skimming flow region in the stepped chute. The numerical study is based on numerical simulations of the non-aerated region of the skimming flow down stepped chutes with the CFD commercial code FLOW-3D® to reproduce the experimental conditions. The numerical runs benefited from the ability of using multi-block grids in a Cartesian coordinate system, from capturing the free-surface with the TruVOF method embedded in the code, and from the use of two turbulence models: the k- and the RNG k- models. Finally, the theoretical study consisted in developing a simplified 1D model to predict the main hydraulic characteristics of the non-aerated skimming flow region in stepped chutes. Based on the Navier-Stokes equations, the model was developed with the help of experimental and numerical data. The results presented in this dissertation contribute to the understanding of the skimming flow in stepped chutes, namely in the non-aerated flow region, the inception point and the aerated region. The hydraulics of energy dissipators downstream of stepped chutes, specifically USBR type III basins, is also studied. Pertaining to the non-aerated flow region, and based in experimental and numerical data, expressions are proposed to estimate the development of the equivalent clear-water depth, the boundary layer thickness, the mean air concentration, the kinetic energy coefficient; the energy dissipation, the friction factor and Manning's n. Self-similarities of the turbulent kinetic energy and its dissipation for steep slopes are also proposed. For moderate slopes, expressions are proposed to estimate the development of the equivalent clearwater depth, the kinetic energy coefficient, and the residual specific energy. Values for the exponent 1/N of the self-similar velocity distribution are also presented, respectively for steep and moderate slopes. In agreement with other wall flow studies and theoretical derivations, for the non-aerated flow region of steep stepped chutes the friction factor is observed to depend on the steps macro-roughness and on the geometry of the crosssection and Manning's n is observed to increase with roughness. Turbulence statistics are equally explored for contributing to the knowledge of the flow structure. For roughness Reynolds numbers up to 6.8x104 the normalized turbulent kinetic energy and its dissipation are observed to be self-similar. These self-similarities are in accordance with the findings of other authors for fully developed open channel flows and gravel bed river flows. In addition, the rate of energy dissipation, for both steep and moderate slope stepped channels, is observed to be small. At last, time-averaged local air concentration values between 0 and 1 measured in the non-aerated flow region are observed to not only pertain to entrapped air captured between water waves in the contorted free-surface but also to air bubbles present inside the flow (entrained air) when near the time-averaged inception point, due to the difference between instantaneous and time-averaged inception point location. Existing methodologies and formulae for estimating the location of the inception point of air entrainment are revisited. Formulae for estimating the mean air concentration and the equivalent clear-water depth at that location are also presented. Focused on the aerated region of steep stepped chutes, experimental data presented in this dissertation allowed to evaluate the influence of the definition of the free-surface in the hydraulic parameters of the aerated flow region and estimate the maximum flow bulking in this flow region. Based on the experimental data collected in the USBR type III basin downstream of the steep stepped chute, in model A, the results show that the profiles of pressure head and flow depth tend to follow those recommended by the USBR for type III basins. The exception occurs at the entrance of the basin, where the pressure head values presented in this dissertation exceed largely those presented by the USBR. Is also observed that, as between USBR type I and III basins located downstream of conventional spillways, the hydraulic jump stabilizes much faster than in the type I basin downstream of a stepped chute of equal characteristics. Finally, the chute blocks are observed to have no influence in the pressure head and flow depth profiles along the basin. In terms of numerical simulations of the non-aerated flow region, the excellent agreement between experimental and numerical data permitted to validate the selected theoretical model and numerical integration used in FLOW-3D®. The developed runs also showed that the use of a k- model allows for an accurate representation of the flow features in the non-aerated flow region of stepped channels, since no significant differences were observed in the simulations with this closure and the RNG k- model. One last important finding is that the air entrainment model used in FLOW-3D® is accurate to predict the location of the inception point of air entrainment. At last, the good agreement between the results obtained with the developed theoretical model and experimental data indicates that the assumptions and simplifications considered in the model construction are adequate. FCT - SFRH/BD/38003/2007 PTDC/ECM/108128/2008

Doutoramento em Engenharia Civil Submitted by Nuno Cruz (nuno@ua.pt) on 2011-07-22T10:20:51Z No. of bitstreams: 1 ThesisIM.pdf: 17375402 bytes, checksum: bb5a4b81a2138b07023aa3332dc89b59 (MD5) Made available in DSpace on 2011-07-22T10:20:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThesisIM.pdf: 17375402 bytes, checksum: bb5a4b81a2138b07023aa3332dc89b59 (MD5) Previous issue date: 2011-04-14 FCT - SFRH/BD/38003/2007 PTDC/ECM/108128/2008

Mestrado em Engenharia Civil Atualmente, no estudo do comportamento de descarregadores de cheias por orifício, é necessário conhecer as pressões ao longo do descarregador, para várias alturas de água na albufeira. Este tipo de estudos tem sido usualmente realizado recorrendo a ensaios experimentais. No entanto, a utilização de modelos numéricos para a simulação do escoamento em estruturas hidráulicas encontra-se numa fase emergente. Neste sentido, a presente dissertação pretende apresentar um estudo numérico relativo ao escoamento em descarregadores de cheias por orifício. Por forma a efetuar o estudo numérico, foi utlizado o programa comercial de CFD FLOW-3D®, reproduzindo um modelo reduzido construído no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) correspondente a um descarregador por orifício. Para a realização das simulações numéricas foi necessário definir o objeto de estudo, a malha de cálculo, as condições de fronteira e as propriedades do fluido e objeto de modo a reproduzir as situações ensaiadas experimentalmente no LNEC. A proximidade dos resultados experimentais e numéricos para vários níveis de água na albufeira permitiu validar o modelo numérico para este tipo de escoamentos no interior do orifício. Currently, in the study of the behavior of mid level gated spillways, it is necessary to know the pressures along the orifice, for various reservoir levels. This type of study has traditionally been carried out by experimental studies. However, the use of numerical models for the simulation of the flow in hydraulic structures is emerging. In this sense, the present thesis aims to present a numerical study on the flow through orifice spillways. In order to perform the numerical study, the commercial program of CFD FLOW-3D® was used, reproducing a reduced model of a orifice spillway built at the National Laboratory of Civil Engineering (LNEC). To perform the numerical study was necessary to define the object, mesh, boundary conditions and properties of the fluid and object to reproduce the situations studied experimentally at LNEC. The proximity of the experimental and numerical results for various reservoir levels has allowed validating the numerical model for this type of flow.

Mestrado em Engenharia Civil Submitted by Carla Jesus (cjesus@ua.pt) on 2017-05-03T13:04:24Z No. of bitstreams: 1 Tese _Fábio Duarte Vidal.pdf: 4248123 bytes, checksum: ed4dfb9c34c93b06adc957ee593150fc (MD5) Made available in DSpace on 2017-05-03T13:04:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese _Fábio Duarte Vidal.pdf: 4248123 bytes, checksum: ed4dfb9c34c93b06adc957ee593150fc (MD5) Previous issue date: 2015

Mestrado em Engenharia Civil Atualmente, cerca de 40% da população do planeta sofre com a escassez de água, proporção que se prevê aumentar, colocando em risco os recursos hídricos existentes. De acordo com estas previsões, é imperativo criar medidas sustentáveis que ajudem a salvaguardar os recursos hídricos e a aumentar a resiliência das populações à escassez de água. Das inúmeras medidas consideradas eficientes encontra-se a utilização de dispositivos e acessórios hidricamente eficientes, rotulados com Classe A, que potenciam significativas reduções de consumos. No entanto, para o apoio à decisão, é importante aferir a ordem de grandeza das potenciais reduções de consumos com a sua utilização, uma vez que a redução de caudais ou volumes debitados não implica, necessariamente, igual redução dos consumos. Em acréscimo, o consumidor encontra-se cada vez mais exigente, sobretudo ao nível do conforto proporcionado pelos dispositivos existentes no mercado, pelo que a escolha dos dispositivos ótimos recai, necessariamente, sobre dispositivos eficientes com elevado nível de conforto. Tendo como objeto de estudo o edifício do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, a presente dissertação apresenta um estudo económico associado à utilização de dispositivos e acessórios eficientes e um estudo relativo ao conforto associado à utilização desses mesmos dispositivos e acessórios. Currently, about 40% of the world population suffers from water shortages, and the proportion is expected to increase, endangering existing water resources. According to these forecasts, it is imperative to create sustainable measures to help safeguard water resources and increase the resilience of populations to water scarcity. One of the numerous measures considered effective is the usage of water efficient devices and accessories, labeled with class A, which can increase the reduction of consumption significantly. However, to support the decision, it is important to check the magnitude of the potential reductions of consumption with their use, knowing that the flow or volume reduction charged does not necessarily imply equal reduction of consumption. In addition, the consumer is increasingly more demanding, especially at the level of comfort provided by the devices on the market, so the choices of the greatest devices falls, necessarily, on the ones with high level of comfort. Having as object of study the building of the Civil Engineering Department of the University of Aveiro, this dissertation presents the economic study associated with the use of efficient devices accessories and a study on the comfort associated with those devices and accessories.

Mestrado em Engenharia Civil The present dissertation aims to combine the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) software, to support the design of ventilation systems in passive houses. Sustainable construction is an increasing concern in the current construction market, finding in these houses a valid alternative in order to enhance energy savings in this sector. A passive house is known for achieving high levels of thermal comfort without consuming too much energy. In addition to an extremely rigorous thermal insulation, the use of highly efficient ventilation systems is one of the main factors in achieving such levels of comfort. Therefore, this dissertation intends to study the circulation of air associated to the mechanical ventilation system of a passive house in Portugal and consequent analysis of its thermal comfort. To achieve such purpose, a CFD commercial program called FLOW-3D® will be used. It was necessary to perform a validation of the program by comparing air velocities obtained numerically by the program and experimentally through the registration of air velocities in the studied passive house with the use of digital anemometers. Lastly, after the validation described above, an analysis over the thermal comfort of the building was performed, based on temperature registrations obtained experimentally and velocity values obtained from the numerical simulations. A presente dissertação visa aliar o uso de programas de simulação numérica de fluidos, mais concretamente a mecânica dos fluidos computacional (CFD), no apoio à conceção de sistemas de ventilação em casas passivas. A construção sustentável é cada vez mais uma preocupação no mercado atual da construção, encontrando nessas casas uma alternativa muito válida no que toca a poupanças de energia neste setor. Uma casa passiva é reconhecida por obter altos níveis de conforto térmico sem necessidade de grandes consumos de energia. Para além de um isolamento térmico rigoroso, o uso de sistemas de ventilação de elevada eficiência é um dos principais fatores para atingir tais níveis de conforto. Esta dissertação pretende, por isso, fazer um estudo da circulação de ar resultante de um sistema de ventilação mecânica numa casa passiva construída em Portugal e a consequente análise do conforto térmico que nela se obtém, tendo sido utilizado um programa comercial de CFD, o FLOW-3D®. Foi necessário realizar uma validação do programa através da comparação de valores de velocidade do ar obtidos numericamente pelo respetivo algoritmo de cálculo e experimentalmente através do registo de velocidades do ar na casa passiva objeto de estudo, tendo-se utilizado para o efeito anemómetros digitais. Por fim, após a validação descrita anteriormente, foi feita uma análise do conforto térmico do edifício em estudo com base em registos de temperatura obtidos experimentalmente e de velocidades do ar obtidos da simulação efetuada.

Mestrado em Engenharia Civil A quantificação do material sólido transportado (transporte sólido) ao longo de um curso de água é extremamente importante nas mais variadas áreas da engenharia fluvial. O transporte sólido em rios de montanha dá-se maioritariamente por arrastamento no fundo, através de deslizamento, rolamento e saltação dos sedimentos. Ao longo dos tempos foram desenvolvidas várias fórmulas para estimar o transporte sólido por arrastamento, contudo, devido à complexidade dos processos de transporte de sedimentos, bem como a variabilidade espacial e temporal, a previsão de taxas de transporte não foi conseguida exclusivamente através de investigação teórica. Para obter um melhor conhecimento sobre os processos de transporte sólido por arrastamento em rios de montanha, torna-se necessário monitorizá-los com maior precisão possível. Com os avanços na electrónica, novos métodos tecnológicos foram desenvolvidos para resolver a problemática da quantificação do transporte sólido, em detrimento dos atuais métodos tradicionais, que se baseiam na recolha de amostras em campo, para posterior correlação. O objetivo principal da presente dissertação foi o desenvolvimento de um equipamento capaz de estimar/monitorizar continuamente o transporte sólido por arrastamento em rios de montanha, que utilizasse tecnologia de baixo custo. Este equipamento dispõe de um sensor piezolelétrico que realizará medições à vibração causada pelo embate dos sedimentos sobre uma chapa metálica. A energia do sinal resultante dos impactos reverterá em peso. A metodologia usada para a obtenção das medições foi a realização de ensaios laboratoriais, tendo sido dado especial destaque à influência da variação do caudal, bem como da forma dos sedimentos, na intensidade do sinal adquirido. The measurement of sediment load transport along a river flow is of great importance in fluvial engineering. The load transport in mountain river flows occurs mainly by bedload, through sliding, rolling and saltation of the sediments. Throughout the time, several formulae have been developed in order to estimate the bedload transportation, however, due to the complexity of the sediment transportation processes, as well as the spatial and temporal variability, theoretical investigation has not been enough to accurately predict the transportation rates. To obtain a better knowledge regarding the bedload transportation processes in mountain rivers, it becomes essential to monitor them with the highest possible precision. Along with electronic developments came new technological methods to address the bedload transportation measurement issue, replacing the current traditional methods based on the capture of field samples, for posterior correlation. The main purpose of this dissertation consists on the development of equipment that allows a continuous estimation/monitoring of the bedload transportation in mountain rivers, using low cost technology. This equipment includes a piezoelectric sensor that will measure the vibration caused by the impact of the sediments on a metal plate. The signal energy resulting from those impacts will be reverted in weight. The methodology used to obtain the measurements lied on laboratory experiments, highlighting the influence of the variation of the channel flow, as well as the shape of the sediments, in the acquired signal.

Mestrado em Engenharia Civil Earthen dikes (or earthen levees) are built all over the world, both in coastal (coastal dikes) and inland areas (riverine dikes), to protect population, infrastructures and resources from high water levels due to storm surges and seasonal floods. Most of these flood defence embankments are not prepared to resist to surface soil erosion of its crest and landside slope induced by overflowing events, and hence, maybe at risk of failure. Mitigation of dike damage by overflow may be accomplished by providing erosion protection on the surface of the crest and dike landside slope. Erosion protection can be conferred by a variety of materials (rip-rap, concrete, geosynthetics, etc.) ranging from hard armouring to light armouring alternatives. The present dissertation focuses on strengthening systems consisting of lightweight, flexible, synthetic mats such as (high performance) turf reinforcement mats and geogrids. The goal of this dissertation was to assess their effectiveness as a slope erosion protection system and to obtain some performance criteria under overflow conditions created through full-scale laboratory testing on a hydraulic model. Waterflow discharge, flow thickness and mean (horizontal) velocity measurements were acquired at one location on the landside slope channel (1V:4H) (near the downward edge of the slope). These measurements allowed to estimate shear stress ranges at the bed channel and Manning’s roughness coefficients. Some tentative empirical equations were presented correlating shear stress and flow thickness estimations with overflowing discharges. The results are strictly limited to the tested coarse-grained soil and rolled erosion control products as well as the range of tested hydraulic parameters possible to be attained on the hydraulic model. The experimental study mainly allowed to obtain some qualitative conclusions, in which it was proven that a reinforced surface soil layer with synthetic mats of a dike slope can withstand higher overflowing discharges than bare soil, without catastrophic sediment motion. Os diques de terra são construídos um pouco por todo o mundo, quer em zonas costeiras (diques costeiros) quer em zonas fluviais (diques fluviais), com o intuito de proteger a população, as infraestruturas e outros recursos de elevados níveis de água provocados por tempestades e cheias sazonais. A grande maioria destes aterros de proteção de cheias não estão preparados para resistir à erosão superficial provocada na sua crista e talude de jusante pelo galgamento da água e respetivo escoamento sobre os mesmos, e como tal, podem estar em risco de rotura. A mitigação dos danos induzidos num dique pelo galgamento pode ser conseguida por via da proteção da camada superficial de solo sobre a crista e talude de jusante. Existe uma enorme variedade de materiais para proteção contra a erosão (enrocamento, betão, geossintéticos, etc.) que podem variar desde soluções mais pesadas e rígidas a soluções mais leves e flexíveis. A presente dissertação foca-se em sistemas de reforço leves, flexíveis e compostos por redes/tapetes poliméricos tais como as mantas/tapetes de reforço (Turf Reinforcement Mats) e geogrelhas (geogrids). O objetivo principal da dissertação consistiu em avaliar a aplicabilidade destes materiais como sistemas de controlo de erosão, e obter dados relativos ao seu desempenho perante uma situação de galgamento/escoamento criada num modelo hidráulico à escala real. Os valores do caudal escoado, as alturas de água e velocidades médias do escoamento foram medidos numa determinada secção do canal (com inclinação 1V:4H) do modelo hidráulico (secção próxima da zona de transição entre o canal inclinado e o canal horizontal). Estas medições permitiram estimar gamas de valores da tensão de corte aplicada na superfície do canal e do coeficiente de rugosidade de Manning. Algumas equações empíricas (de caráter provisório) foram apresentadas, relacionando a tensão de corte e alturas de água com o caudal escoado. Os resultados obtidos são exclusivamente válidos para o material granular e os produtos em rolo para controlo de erosão (Rolled Erosion Control Products) testados, bem como para a gama de parâmetros hidráulicos proporcionados pelo modelo hidráulico. O estudo experimental permitiu obter principalmente conclusões qualitativas, nas quais ficou comprovado que o reforço de uma camada superficial de solo com Rolled Erosion Control Products permite resistir a caudais superiores, em comparação com uma camada de solo simples, sem que se verifique transporte pronunciado de partículas de solo.

Mestrado em Engenharia Civil Submitted by Daisy Tavares (daisytavares@ua.pt) on 2015-05-04T16:19:47Z No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 6300427 bytes, checksum: 8778f85ae7eab30eb1f347e52a8beb78 (MD5) Made available in DSpace on 2015-05-04T16:19:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 6300427 bytes, checksum: 8778f85ae7eab30eb1f347e52a8beb78 (MD5) Previous issue date: 2014

Mestrado em Engenharia Civil O presente estudo tem como principal objetivo contribuir para a caraterização do escoamento numa tomada de água-restituição integrada num circuito hidráulico reversível de produção de energia, que funciona tanto em turbinamento como em bombagem. O estudo, de índole experimental, recorreu a um modelo reduzido construído no Laboratório Nacional de Engenharia Civil. No seu âmbito, foram realizados ensaios de sedimentos e de velocidades no plano das grelhas de uma restituição, para diferentes condições de funcionamento. The main objective of the present study is to contribute to the characterization of the flow in a water intake –water discharge integrated in a reversible hydroelectric circuit. This study, which followed an experimental approach, used a scaled model constructed in the Laboratório Nacional de Engenharia Civil. The experiments consisted in measuring sedimentation and velocity in the grid plane of a water discharge for several working conditions.

Mestrado em Engenharia Civil A avaliação de um sistema de drenagem à luz da ISO 24511:2007, nomeadamente do estado atual dos componentes da infraestrutura, é fulcral para a tomada de decisão por parte da respetiva entidade gestora no que se refere à gestão patrimonial do sistema. Neste sentido, a presente dissertação pretende contribuir para a melhoria da gestão de sistemas de drenagem urbana, centrando-se no estudo do subsistema de drenagem do município de Aveiro das Águas da Região de Aveiro (AdRA). Por forma a ser feita uma gestão eficiente dos recursos, a gestão de sistemas de drenagem deverá seguir uma estratégia proativa. Para tal, deverá haver conhecimento das características do sistema de drenagem que permita a previsão da degradação dos componentes da infraestrutura e do impacto da sua falha, auxiliando assim na priorização das intervenções no sistema. Usualmente, a caracterização do sistema de drenagem poderá ser realizada através da avaliação das condições do sistema de drenagem ou através do registo histórico de falhas do sistema de operação e manutenção. A avaliação das condições de um sistema de drenagem é efetuada através de técnicas de inspeção, das quais a técnica de CCTV (Closed-Circuit Television) é, atualmente, a mais utilizada. Esta técnica permite visualizar e identificar as anomalias existentes, sendo possível, numa fase posterior, codificá-las e classificá-las, de maneira a aferir a importância das mesmas. Desta forma, é descrito no presente estudo um procedimento de boa prática para inspeção CCTV de sistemas de drenagem e apresentada uma proposta de ficha de inspeção para o protocolo de codificação das anomalias à luz da Norma EN 13508. O registo histórico de falhas do sistema consiste na coleção das ocorrências de obstruções ou de colapsos de componentes da infraestrutura durante um alargado período de tempo. No presente estudo é apresentada uma proposta de ficha de caracterização das falhas, efetuada uma avaliação das características do sistema e realizada uma análise agregada das obstruções, nomeadamente na sua relação com a idade, comprimento, inclinação e material dos coletores. The assessment of a wastewater system regarding ISO 24511:2007, namely the current state of the infrastructure's components, is central to decision making by the respective responsible body directed to manage the wastewater utilities. Concerning those facts, this dissertation aims to contribute to improve the management of urban wastewater systems, focusing on the study of the wastewater subsystem of the city of Aveiro, from Águas da Região de Aveiro (AdRA). In order to have an efficient resources management, the management of wastewater systems should follow a proactive strategy. To this end, there must be knowledge of the characteristics of the wastewater system that allows to predict the degradation of the infrastructure's components and the impact of its failure, thus assisting in the prioritization of interventions in the system. Usually, the characterization of a wastewater system can be performed by assessing the condition of the system, or through the historical record of the system’s failures. The assessement of the condition of a watewater system is performed through inspection. The most widely used technique for inspection of wastewatersystems is CCTV (Closed-Circuit Television). This technique allows to perform detailed inspections of the drains and sewers and to identify anomalies that can be encoded and classified in order to evaluate the severity of them. In this context, in the present study is described a procedure of good practice for the CCTV inspection of wastewater systems and proposed an inspection coding sheet for the encryption protocol anomalies based on the EN 13508. The historical record of the failures in a wastewater system consists of the collection of obstructions or collapses of the infrastructure’s components for an extended period of time. In the present study is presented a proposal for the failures record, is performed a review of the characteristics of the system and held an aggregate analysis of the obstructions, mainly in its relationship with age, length, slope and material of the sewers.

Mestrado em Engenharia Civil O presente estudo tem como principal objetivo estudar o escoamento em tomadas de água localizadas em albufeiras de barragens, recorrendo a duas abordagens diferentes: experimental e numérica. Com esse intuito, foi estudado, em particular, o caso prático da tomada de água da barragem de Foz Tua. A partir de dados experimentais obtidos no modelo reduzido da barragem de Foz Tua, construído no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), o escoamento na tomada de água, com funcionamento em turbinamento e para diferentes níveis de água na albufeira, foi caracterizado em termos de velocidades, aparecimento de vórtices e pressões. Recorrendo ao modelo numérico Flow-3D®, foram reproduzidas as situações ensaiadas experimentalmente e efetuadas simulações. A proximidade de resultados experimentais e numéricos permitiu validar o modelo numérico para este tipo de escoamentos. Por último, são apresentados dados numéricos, sem correspondente experimental. The main objective of the present study is to analyse the flow in water intakes located in dam reservoirs, considering two different approaches: an experimental approach and a numerical approach. For that purpose, the water intake of Foz Tua dam was studied. Experimental data was obtained in a physical model of Foz Tua dam, built in the National Laboratory of Civil Engineering (LNEC). It allowed to characterize the flow in the water intake, operating in generating mode and for different water levels in the reservoir, in terms of flow velocity, emergence of vortices and pressure. Using the numerical model Flow-3D®, numerical simulations were performed to reproduce the experimental conditions. The proximity of experimental and numerical results allowed to validate the numerical model for this type of flow. Finally, numerical data without corresponding experimental data are presented.