Recursos hídricos y medio ambiente

Representante

Descripción

El Área de Concentración de Recursos Hídricos y Medio Ambiente tiene la misión de consolidar e integrar las actividades desarrolladas en el Programa de Ingeniería Civil con un enfoque agua-medio ambiente. La investigación realizada en esta área de concentración se centra en temas multidisciplinares relacionados con los múltiples usos del agua y la preservación del medio ambiente, implicando estudios analíticos, computacionales y experimentales a través de pruebas de laboratorio y de campo.

Por su carácter interdisciplinar, esta área tiene interfaces con todas las demás áreas académicas del Programa de Ingeniería Civil del COPPE/UFRJ y con otras unidades de la UFRJ.

Para facilitar la elección de temas de investigación en esta área, se han destacado algunas líneas de investigación, que eventualmente podrán fusionarse: Gestión del Agua y Medio Ambiente; Modelización en Recursos Hídricos y Medio Ambiente; Vigilancia Hidrológico-Ambiental; Ciencias Atmosféricas en Ingeniería; Acústica Ambiental; Geotecnia Ambiental; Materiales Sostenibles.

La línea de Gestión del Agua y del Medio Ambiente aborda las herramientas y técnicas para estudiar y tratar los impactos en la evaluación de la cantidad y calidad del agua en la red hidrográfica a escala de cuenca hidrográfica. De forma integrada, se evalúan las relaciones entre el sistema terrestre y el sistema atmosférico para comprender mejor el ciclo hidrológico. Además, también implica el concepto de sostenibilidad aplicado a los proyectos de drenaje urbano en la búsqueda de soluciones sistémicas para la cuenca, con intervenciones distribuidas, buscando rescatar patrones de flujo similares a los de la preurbanización, en configuraciones de bajo impacto hidrológico. Este enfoque integra la gestión de las aguas pluviales, la ordenación del territorio urbano y la rehabilitación fluvial en un sentido amplio, como herramienta para ayudar a controlar las inundaciones y garantizar entornos más equilibrados y socialmente saludables.

En la línea de investigación Modelización de Recursos Hídricos y Medio Ambiente se desarrollan modelos informáticos para representar procesos naturales o resultantes de intervenciones antropogénicas que afectan a los recursos hídricos y al medio ambiente. Partiendo de la base de que no es posible gestionar sin cuantificar, este tema reconoce la importancia de las plataformas de modelización informática como herramientas para cuantificar variables clave para el proceso de toma de decisiones, tanto en el proceso de planificación como en el de ejecución y explotación.

En Vigilancia Hidroambiental se desarrollan técnicas de vigilancia, se planifican y realizan ensayos de laboratorio y de campo para estudios hidroambientales, y se hace hincapié en la organización de los datos limnológicos, hidrometeorológicos y sedimentométricos obtenidos mediante mediciones in situ y teledetección en sistemas de información con vistas a su aplicación en la gestión de los recursos hídricos y el medio ambiente. Esta línea de investigación también incluye la realización de pruebas de campo con trazadores fluorescentes y la obtención de imágenes de la superficie terrestre mediante algoritmos de análisis inverso.

Las Ciencias Atmosféricas en Ingeniería abordan la solución de cuestiones y problemas medioambientales, especialmente los relacionados con la hidrometeorología y su aplicación. Destacan los estudios sobre los fenómenos atmosféricos y los trabajos de modelización atmosférica. La asignatura permite evaluar su interacción e impacto en diversos sectores tecnológicos como el agua, la energía, el transporte y la salud.

La Acústica Ambiental abarca la investigación dirigida a desarrollar programas informáticos basados en métodos de elementos finitos, diferencias finitas y elementos límite para modelar la acústica urbana y subacuática. En el campo de la acústica urbana, destacan temas como las barreras acústicas, incluida la absorción del suelo, la interacción con paneles delgados, haciendo hincapié en estudios de casos en entornos urbanos. En cuanto a la acústica subacuática, destaca la investigación sobre la propagación del sonido en aguas superficiales y profundas y la interferencia con la fauna marina.

En la línea de Geotecnia Medioambiental se investigan cuestiones relacionadas con el impacto en el suelo, el agua y el aire, incluido el transporte de contaminantes y la interacción suelo-contaminante, la investigación y remediación de zonas drenadas, la gestión, el tratamiento y la eliminación de residuos. Varios de los estudios realizados en esta línea de investigación son aplicados, incluyendo, por ejemplo, estudios sobre sedimentos de dragado contaminados, residuos de minas de carbón y hierro, residuos sólidos urbanos y estabilización de suelos.

En Materiales Sostenibles se investiga sobre la sustitución del cemento por residuos agroindustriales u otros materiales para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, la utilización de residuos de la construcción como materiales de construcción, el uso de fibras naturales como refuerzo estructural, la durabilidad de materiales y estructuras para aumentar la vida útil de los edificios, la obtención y utilización de arena artificial, el uso de cenizas de lodos de depuradora y residuos sólidos urbanos en hormigones de bajo impacto ambiental.

Líneas de investigación

Se debaten los instrumentos y técnicas de gestión de los recursos hídricos y del medio ambiente que repercuten en la evaluación de la cantidad y calidad del agua en la red hidrográfica a escala de cuenca hidrográfica. Esta línea de investigación incluye, por ejemplo, el desarrollo de metodologías para la clasificación de masas de agua, nuevas formulaciones para la concesión y tarificación del uso de agua bruta en cuencas hidrográficas con usos múltiples, la gestión de cuencas transfronterizas, la integración de los recursos hídricos y el medio ambiente para la planificación urbana y regional con el apoyo de sistemas de información y teledetección, el desarrollo de planes de cuenca e indicadores para la gestión del agua y el medio ambiente, así como estudios en el ámbito del drenaje y el saneamiento urbanos.

Se desarrollan modelos conceptuales, matemáticos y computacionales para representar procesos naturales o resultantes de la intervención humana en los recursos hídricos y el medio ambiente. Los fenómenos tratados incluyen flujos de superficie libre, flujos en conductos forzados, flujos en medios porosos, transporte y dispersión de sedimentos y contaminantes, propagación de ondas de crecida, rotura de presas, modelización de llanuras de inundación, modelos de inundaciones urbanas, modelización de problemas térmicos, hidráulica fluvial y transporte de sedimentos, modelización numérica y modelización informática en recursos hídricos y medio ambiente, y modelización hidrometeorológica.

Se trata de construir bases de datos y herramientas de análisis para apoyar la implantación de zonas especialmente vigiladas, que puedan integrarse en un sistema de apoyo a la toma de decisiones para la gestión medioambiental y de los recursos hídricos. Se trata, por ejemplo, de técnicas de seguimiento, planificación y realización de pruebas de campo, incluidos los trazadores fluorescentes, para estudios sobre el agua y el medio ambiente, así como técnicas asociadas a la obtención de imágenes de la superficie terrestre.

Aborda la solución de cuestiones y problemas especialmente relacionados con los fenómenos atmosféricos, permitiendo evaluar la interacción y el impacto en diversos sectores tecnológicos, como el agua, la energía, el transporte y la salud.

Se están desarrollando investigaciones y programas informáticos basados en los métodos de elementos finitos, diferencias finitas y elementos límite para modelar la acústica urbana y la acústica submarina.

Se investiga sobre temas relacionados con el impacto en el suelo y las aguas subterráneas de sucesos naturales críticos o catastróficos y de distintas actividades antropogénicas, y con la aplicación de técnicas de ingeniería geotécnica para proteger y/o restaurar el medio ambiente. La investigación comprende: (i) el estudio experimental, en laboratorio y sobre el terreno, y la modelización del transporte de contaminantes en suelos y aguas subterráneas, incluidos los distintos procesos de interacción suelo-contaminante y condiciones particulares como los suelos compresibles; (ii) las técnicas de planificación e investigación de zonas impactadas; (iii) las técnicas de remediación de suelos, sedimentos y aguas subterráneas contaminados (barreras reactivas permeables, extracción multifásica y otras); (iv) procesos electrocinéticos en suelos y su aplicación en obras medioambientales; (v) gestión, tratamiento y eliminación de residuos (urbanos, dragados, construcción, industriales y mineros); (vi) estabilización y utilización de residuos en obras geotécnicas (terraplenes, pavimentos, cubiertas, sistemas de drenaje, entre otros).

La línea de investigación sobre Materiales Sostenibles incluye (i) el estudio de materiales cementantes con bajas emisiones deCO2 – cenizas de cáscara de arroz y bagazo de caña de azúcar, cenizas de lodos sanitarios, cenizas de residuos sólidos urbanos, residuos de la industria cerámica y metacaolinita, escorias de altos hornos y cenizas volantes; (ii) la nanomecánica y la micromecánica: el genoma de los materiales cementantes sostenibles; (iii) el estudio de los refuerzos de fibras vegetales (sisal, coco, yute, curauá y arumã) en el hormigón y los compuestos textiles; (iv) el estudio de materiales cementosos para la inmovilización de residuos tóxicos; (v) la construcción con suelo-cemento estabilizado con tierra cruda, suelo-cal, suelo-asfalto y suelo reforzado con fibras vegetales; (v) los sistemas estructurales sostenibles, el diseño estructural en consonancia con el uso de materiales sostenibles, el análisis experimental y la durabilidad de materiales y estructuras con vistas a aumentar su vida útil.

Esta línea de investigación se centra en el desarrollo y la aplicación de modelos informáticos numéricos para representar los flujos marinos y atmosféricos en diferentes escalas espaciales y temporales, con vistas a apoyar las actividades asociadas a la industria del petróleo, el gas y la energía. Esta línea de investigación también trabaja en el análisis de datos medioambientales (meteorológicos y oceanográficos) y en la aplicación de modelos informáticos que simulan el transporte de contaminantes. Algunos ejemplos de aplicaciones son: la predicción de la dispersión de manchas de petróleo en el mar, la evaluación del impacto medioambiental en estructuras flotantes y submarinas y la evaluación del potencial de la energía eólica y marina.

Tratamiento de aguas y efluentes mediante procesos convencionales y avanzados; procesos biológicos avanzados (sistemas de biopelículas y lodos granulares aerobios); eliminación de nutrientes de efluentes domésticos e industriales; tratamiento de efluentes de la industria petrolera; procesos de tratamiento para recuperar recursos (biogás, biohidrógeno, bioplásticos y biofertilizantes) a partir de residuos mediante procesos biotecnológicos; estudio de las comunidades microbianas mediante técnicas moleculares; procesos electroquímicos para el tratamiento de efluentes; procesos oxidativos avanzados para el postratamiento de aguas residuales para su reutilización.