Correntes de retorno são fluxos estreitos e intensos posicionados normal ou obliquamente a linha de costa e são a chave para compreender os processos de troca de água entre a zona de surfe e a plataforma interna. O objetivo do presente estudo é avaliar a influência da morfologia e das forçantes externas nos processos de formação e manutenção das correntes de retorno na praia de Maresias (SP). Para tanto, foram integrados diversos métodos como imagens aéreas obtidas através de VANT, levantamentos topográficos e modelagem numérica. Os resultados indicam que a variação longitudinal da morfologia desempenha um papel fundamental na formação e manutenção das correntes de retorno, assim como os parâmetros de ondas incidentes. A porção leste e central da área de estudo se manteve estável quando comparada a porção oeste, em virtude de correntes de retorno controladas pela morfologia, que também intensificaram os processos de erosão e deposição na porção emersa do perfil praial. Já a porção oeste se mostrou mais suscetível a variações do parâmetros de ondas incidentes. Outro fator relevante observado foi o risco para banhistas; as correntes a leste da área de estudo representaram maior risco visto que o regime de saída foi predominante durante todo o experimento e os fluxos permaneceram estáveis por até 1 km. Os resultados mostram ainda que em se tratando dos padrões de correntes de retorno na praia de Maresias (SP), feições morfológicas geradas durante eventos extremos podem sobrepujar o efeito da variação dos parâmetros de ondas incidentes. / Rip currents are narrow and strong flows positioned normal or oblique to the coastline that represent the key to understand the processes of water exchange between the surf zone and the inner shelf. The aim of this study is to assess the influence of the morphology and the external forces in the processes of rip currents formation and maintenance at Maresias beach (SP). Therefore, we combine various methods, sucha as AUV aerial images, topographic surveys and numerical modeling. The results show that the longitudinal variation of the morphology plays a key role in the formation and maintenance of rip currents, as well as the incoming wave parameters. The central and eastern part of the study area were more stable than the west part, due to the rip currents controlled by the bathymetry, which also intensify the processes of erosion and deposition in the beach profile. The western part was more susceptible to variations of the incoming wave parameters. Another relevant factor is related to beach safety; the currents in the central and east part are more dangerous, since they show an exit flow during all the experiment and the flow remained stable up to 1 km. The results also show that in the case of rip currents at Maresias beach (SP), morphological features generated during extreme events can overcome the effect of the incoming waves.

No presente estudo, os mecanismos vinculados à formação de um intenso evento de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) foram investigados. Para isso, uma análise observacional foi realizada para identificação desse sistema e seguinte implementação de um estudo numérico em uma escala sub-sazonal. Uma vez que a atividade da ZCAS é predominantemente concentrada em uma das regiões de maior importância socioeconômica da América do Sul, os estudos de previsibilidade dessa feição são extremamente importantes. O evento escolhido pela análise observacional foi caracterizado pelo suporte de uma estrutura em larga escala para seu desenvolvimento e persistência, através da presença de um vórtice ciclônico na região costeira do sudeste do Brasil. A representação numérica desse caso de ZCAS foi particularmente desafiadora, uma vez que trata-se de um sistema complexo, cujo desenvolvimento e evolução conectam-se a características atmosféricas de grande escala. Para aprimorar a representação numérica desse evento, várias aplicações utilizando-se nudging espectral foram testadas, para garantir que as características de grande escala que suportam o sistema fossem bem representadas pelo modelo numérico. Os resultados mostram que a alternativa menos restritiva para a aplicação do nudging espectral mostrou-se ideal para manter suas características importantes, e ainda permitindo que os componentes físicos do modelo contribuam com a representação da atmosfera em escalas menores. A partir disso, novos experimentos numéricos foram conduzidos para uma avaliação de como diferentes parametrizações convectivas e microfísica representam a banda de precipitação associada ao sistema. Os resultados mostram que, quando usados juntos, tanto a opção de microfísica WRF Single Moment 6-Class (WSM6) quanto a opção cumulus de Kain-Fritsch (KF) contribuíram para a formação da banda convectiva associada à ZCAS. Os resultados também mostram que é possível usar um esquema de microfísica mais simples (WSM3) para a representação do sistema, uma vez que os desempenhos entre os diferentes testes em microfísica foram semelhantes. / In the present study, the mechanisms and formation of an intense South Atlantic Convergence Zone (SACZ) event were investigated. For this, an observational analysis was performed to identify this system for the implementation of a numerical study on a sub-seasonal scale. Since the SACZ activity is predominantly concentrated over one of the most socioeconomically important regions of South America, predictability studies for this system are extremely valuable. The SACZ event chosen by the observational analysis was supported by a large-scale structure that featured a cyclonic vortex in the coastal region of southeastern Brazil. The numerical representation of a SACZ case in this context was particularly challenging since the SACZ is a very complex system and its development and evolution are closely linked to large-scale atmospheric features. To improve the numerical representation of such event, several spectral nudging applications were tested to ensure the large scale features that support the systems are well represented by the numerical model. Results show that the less restrictive alternative for the spectral nudging application was ideal for maintaining important features in large scales while still allowing the physical components of the model to contribute the representation of the atmosphere on smaller scales. From this, numerical experiments were conducted for an evaluation of how different convective parametrizations and microphysics represent the precipitation band associated to the system. The results show that, when used together, both WRF Single Moment 6-Class (WSM6) microphysics option and Kain-Fritsch (KF) cumulus option contributed to the formation of convective band associated with the SACZ. Results also show that it is possible to use a simpler microphysics scheme (WSM3) for the representation of the system, since the performances between different tests in microphysics were similar.

La neuromodulation offre une possibilité de traitement pour des pathologies pharmoco-resistantes. Dans ce domaine, l'émergence de matrices d'électrodes à l'échelle microscopique ouvre la voie à des interfaces neurales sélectives. Cependant, leur fonctionnalité est réduite par le manque d'information sur l'anatomie fonctionnelle du nerf ciblé. L'objectif global de ce projet de thèse est d'explorer les possibilités d'imager un nerf de manière non-invasive par tomographie d'impédance électrique (EIT). Modalité d'imagerie des tissus mous, l'EIT déduit des cartes de conductivité à partir de mesures sur la frontière du domaine étudié. Une plateforme expérimentale a été mise en place et a permis de valider les développements des méthodes numériques effectués pour la prédiction des données et l'estimation des paramètres. Des tests in vivo ont été réalisés dans le contexte de la stimulation du nerf vague et du nerf sciatique. Des spécifications pour de futures expériences ont été déduites, avec l'utilisation d'électrodes plus robustes comprenant un plus grand nombre de contacts par section. / Neuromodulation offers treatments for drug resistant pathologies. In this field, the emergence of micro-scale multi-electrode arrays paves the way for selective neural interfaces. But they suffer from the lack of information on the nerve functional anatomy. The global aim of this PhD project is to explore the possibilities of imaging the inside of a nerve in a non-invasive way through electrical impedance tomography (EIT). As a soft-field imaging modality, EIT infers conductivity maps from boundary measurements. An experimental platform was built and allowed the validation of numerical methods developed for data prediction and parameter estimation. In vivo tests were performed in the context of vagus and sciatic nerve stimulation. Specifications were deduced for future experiments, with more reliable electrodes, embedding a higher number of contacts per cross-section.

No presente estudo, os mecanismos vinculados à formação de um intenso evento de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) foram investigados. Para isso, uma análise observacional foi realizada para identificação desse sistema e seguinte implementação de um estudo numérico em uma escala sub-sazonal. Uma vez que a atividade da ZCAS é predominantemente concentrada em uma das regiões de maior importância socioeconômica da América do Sul, os estudos de previsibilidade dessa feição são extremamente importantes. O evento escolhido pela análise observacional foi caracterizado pelo suporte de uma estrutura em larga escala para seu desenvolvimento e persistência, através da presença de um vórtice ciclônico na região costeira do sudeste do Brasil. A representação numérica desse caso de ZCAS foi particularmente desafiadora, uma vez que trata-se de um sistema complexo, cujo desenvolvimento e evolução conectam-se a características atmosféricas de grande escala. Para aprimorar a representação numérica desse evento, várias aplicações utilizando-se nudging espectral foram testadas, para garantir que as características de grande escala que suportam o sistema fossem bem representadas pelo modelo numérico. Os resultados mostram que a alternativa menos restritiva para a aplicação do nudging espectral mostrou-se ideal para manter suas características importantes, e ainda permitindo que os componentes físicos do modelo contribuam com a representação da atmosfera em escalas menores. A partir disso, novos experimentos numéricos foram conduzidos para uma avaliação de como diferentes parametrizações convectivas e microfísica representam a banda de precipitação associada ao sistema. Os resultados mostram que, quando usados juntos, tanto a opção de microfísica WRF Single Moment 6-Class (WSM6) quanto a opção cumulus de Kain-Fritsch (KF) contribuíram para a formação da banda convectiva associada à ZCAS. Os resultados também mostram que é possível usar um esquema de microfísica mais simples (WSM3) para a representação do sistema, uma vez que os desempenhos entre os diferentes testes em microfísica foram semelhantes. / In the present study, the mechanisms and formation of an intense South Atlantic Convergence Zone (SACZ) event were investigated. For this, an observational analysis was performed to identify this system for the implementation of a numerical study on a sub-seasonal scale. Since the SACZ activity is predominantly concentrated over one of the most socioeconomically important regions of South America, predictability studies for this system are extremely valuable. The SACZ event chosen by the observational analysis was supported by a large-scale structure that featured a cyclonic vortex in the coastal region of southeastern Brazil. The numerical representation of a SACZ case in this context was particularly challenging since the SACZ is a very complex system and its development and evolution are closely linked to large-scale atmospheric features. To improve the numerical representation of such event, several spectral nudging applications were tested to ensure the large scale features that support the systems are well represented by the numerical model. Results show that the less restrictive alternative for the spectral nudging application was ideal for maintaining important features in large scales while still allowing the physical components of the model to contribute the representation of the atmosphere on smaller scales. From this, numerical experiments were conducted for an evaluation of how different convective parametrizations and microphysics represent the precipitation band associated to the system. The results show that, when used together, both WRF Single Moment 6-Class (WSM6) microphysics option and Kain-Fritsch (KF) cumulus option contributed to the formation of convective band associated with the SACZ. Results also show that it is possible to use a simpler microphysics scheme (WSM3) for the representation of the system, since the performances between different tests in microphysics were similar.

A finite element model with discrete and explicit representation of steel fibers is applied for modeling the post-cracking behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) in order to contribute on the design of beams with combined reinforcement of steel fibers and rebars (RC-SFRC beams). In this numerical approach, concrete and fibers are initially discretized in finite elements in an independent way, avoiding high computational costs due to conforming meshes. Then, coupling finite elements are introduced to describe the concrete-fiber interaction. The steel fibers are discretized using truss finite elements and their behavior described by an elastoplastic constitutive model. The position of each fiber is defined into the specimen by an uniform isotropic random distribution using as reference the concrete finite element mesh. Concrete and concrete-fiber interface are represented using three and fournoded triangular finite elements, respectively, and their behavior represented by appropriate continuum damage models integrated using an implicit-explicit scheme to enhance the robustness and to reduce the expense of computation. Firstly, the numerical tool is applied in the simulation of three-point bending tests according to EN 14651 to verify its ability to obtain the performance parameters of SFRC and for calibrating the material parameters that describe the concrete-fiber interface. Secondly, both numerical and experimental performance parameters of SFRC are used on the design of RC-SFRC beams according to fib Model Code 2010 to study their influence on the amount of bending and shear reinforcements required. Thirdly, the RC-SFRC beams designed are numerically simulated and the results are compared to the designed ones in terms of crack width, mean crack spacing, deflection and ultimate and service loads. Finally, the numerical results of small scale beams are compared to the experimental and the fib Model Code 2010 predictions to study the capability of the numerical tool to simulate the behavior of structural members. The results demonstrated that computational simulations with an appropriated approach to represent the composite may be an important tool to contribute to better understanding its behavior, extrapolating the conditions considered in laboratory and contributing on the design of SFRC structural members. / Um modelo em elementos finitos com representação discreta e explícita de fibras de aço é utilizado para modelar o comportamento pós-fissuração do Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) com objetivo de contribuir para o dimensionamento de vigas com reforço combinado de fibras e armadura convencional (vigas de CACRFA). Na abordagem numérica utilizada para modelagem de CRFA o concreto e as fibras são inicialmente discretizados em elementos finitos de forma independente, evitando altos custos computacionais devido às malhas conformes. Então, elementos finitos de acoplamento são introduzidos para descrever a interação concreto-fibra. As fibras de aço são discretizadas utilizando elementos finitos de treliça e seu comportamento é descrito por um modelo constitutivo elastoplástico Um algoritmo para distribuição isotrópica randômica é utilizado para gerar e distribuir fibras de aço com base na malha de elementos finitos do concreto. O concreto e a interface concreto-fibra são representados utilizando elementos finitos triangulares de três e quatro nós, respectivamente, e seus comportamentos representados por uma modelos apropriados de dano contínuo integrados utilizando um esquema implícito-explícito com objetivo de aumentar a robustez a reduzir o custo computacional. Primeiramente, a ferramenta numérica é aplicada na simulação de ensaios de flexão de três pontos de acordo com EN 14651 para verificar sua capacidade de obter os parâmetros de desempenho do CRFA e para calibrar os parâmetros do material que descrevem a interface concreto-fibra. Em segundo lugar, os parâmetros de desempenho numéricos e experimentais do CRFA são usados no vigas de CA-CRFA de acordo com o fib Model Code 2010, a fim de estudar sua influência na quantidade de armadura de flexão e cisalhamento necessárias. Em terceiro lugar, as vigas de CA-CRFA são numericamente simuladas e os resultados são comparados com os dimensionados em termos de largura de fissura, espaçamento médio entre fissuras, flecha e cargas últimas e de serviço. Finalmente, os resultados numéricos de vigas de pequena escala são comparados com aqueles obtidos experimentalmente e pelo fib Model Code 2010 para estudar a capacidade da ferramenta numérica em simular o comportamento de elementos estruturais. Os resultados demonstraram que a utilização de simulações computacionais com uma abordagem apropriada para representar o compósito podem ser uma importante ferramenta para contribuir para um melhor entendimento do seu comportamento, extrapolando as condições consideradas em laboratório e contribuindo para o dimensionamento de elementos estruturais de CRFA.

A dispersão de coliformes termotolerantes, provenientes dos emissários sub- marinos de descarte de esgoto doméstico do Araçá, Itaquanduba e Cigarras no canal de São Sebastião, foi simulada através da modelagem numérica em 9 cenários hidrodinâmicos. O objetivo foi determinar se e quais as áreas que são impactadas pelos emissários. O acoplamento entre o modelo de plumas UM3 (Visual Plumes) e o modelo numérico sECOM foi realizado. Os emissários submarinos foram a única fonte de efluentes contabilizada, empregando-se um decaimento bacteriano. Os resultados do acoplamento foram qualitativamente comparados com dados de enterococos e coliformes termotolerantes da CETESB e da SABESP. As concentrações de coliformes simuladas não excederam o limite da resolução CONAMA 274 (2000), com exceção de junho de 2013 e 2016, indicando que os padrões hidrodinâmicos do canal são suficientes para dispersar o material proveniente dos emissários. As adjacências do emissário do Araçá apresentaram as maiores persistências de coliformes ao longo do tempo. No entanto, as concentrações simuladas não ultrapassaram 1000 NMP/100mL em mais de 0.1% do tempo. No inverno, a persistência e os valores das concentrações de coliformes foram superiores em relação ao verão. O modelo acoplado simulou de forma satisfatória a variabilidade e a dispersão de coliformes termotolerantes na região. / The dispersion of thermotolerant coliforms by the Araçá, Itaquanduba and Cigarras submarine sewage disposals, in the São Sebastião channel, has been studied by 9 hydrodynamic numerical model scenarios. The main goal was to determine if and what areas are impacted by the sewage disposal. The UM3 (Visual Plumes) and the numerical model sECOM were coupled. The only sources of pollution introduced were the submarine discharges, using bacteria decay. The coupled model results were qualitatively compared with Enterococos and thermotolerant coliforms data available by sanitary agencies of the São Paulo state (CETESB and SABESP). The modeled coliform concentration did not exceed the limit stated by CONAMA Resolution 274 (2000), with an exception in June 2013 and 2016. It indicates that the hydrodynamic patterns of the channel are sufficient to disperse the material coming from the submarine disposals. Adjacent areas of Araçá submarine sewage disposal presented the highest persistence of coliform concentrations. However, the simulated concentrations did not exceed 1000 NMP/100mL in more than 0.1 % of the time. In winter, the persistence and values of coliform concentrations were higher in relation to summer. The coupled model simulated satisfactorily the variability and dispersion of coliforms in the region.

A finite element model with discrete and explicit representation of steel fibers is applied for modeling the post-cracking behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) in order to contribute on the design of beams with combined reinforcement of steel fibers and rebars (RC-SFRC beams). In this numerical approach, concrete and fibers are initially discretized in finite elements in an independent way, avoiding high computational costs due to conforming meshes. Then, coupling finite elements are introduced to describe the concrete-fiber interaction. The steel fibers are discretized using truss finite elements and their behavior described by an elastoplastic constitutive model. The position of each fiber is defined into the specimen by an uniform isotropic random distribution using as reference the concrete finite element mesh. Concrete and concrete-fiber interface are represented using three and fournoded triangular finite elements, respectively, and their behavior represented by appropriate continuum damage models integrated using an implicit-explicit scheme to enhance the robustness and to reduce the expense of computation. Firstly, the numerical tool is applied in the simulation of three-point bending tests according to EN 14651 to verify its ability to obtain the performance parameters of SFRC and for calibrating the material parameters that describe the concrete-fiber interface. Secondly, both numerical and experimental performance parameters of SFRC are used on the design of RC-SFRC beams according to fib Model Code 2010 to study their influence on the amount of bending and shear reinforcements required. Thirdly, the RC-SFRC beams designed are numerically simulated and the results are compared to the designed ones in terms of crack width, mean crack spacing, deflection and ultimate and service loads. Finally, the numerical results of small scale beams are compared to the experimental and the fib Model Code 2010 predictions to study the capability of the numerical tool to simulate the behavior of structural members. The results demonstrated that computational simulations with an appropriated approach to represent the composite may be an important tool to contribute to better understanding its behavior, extrapolating the conditions considered in laboratory and contributing on the design of SFRC structural members. / Um modelo em elementos finitos com representação discreta e explícita de fibras de aço é utilizado para modelar o comportamento pós-fissuração do Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) com objetivo de contribuir para o dimensionamento de vigas com reforço combinado de fibras e armadura convencional (vigas de CACRFA). Na abordagem numérica utilizada para modelagem de CRFA o concreto e as fibras são inicialmente discretizados em elementos finitos de forma independente, evitando altos custos computacionais devido às malhas conformes. Então, elementos finitos de acoplamento são introduzidos para descrever a interação concreto-fibra. As fibras de aço são discretizadas utilizando elementos finitos de treliça e seu comportamento é descrito por um modelo constitutivo elastoplástico Um algoritmo para distribuição isotrópica randômica é utilizado para gerar e distribuir fibras de aço com base na malha de elementos finitos do concreto. O concreto e a interface concreto-fibra são representados utilizando elementos finitos triangulares de três e quatro nós, respectivamente, e seus comportamentos representados por uma modelos apropriados de dano contínuo integrados utilizando um esquema implícito-explícito com objetivo de aumentar a robustez a reduzir o custo computacional. Primeiramente, a ferramenta numérica é aplicada na simulação de ensaios de flexão de três pontos de acordo com EN 14651 para verificar sua capacidade de obter os parâmetros de desempenho do CRFA e para calibrar os parâmetros do material que descrevem a interface concreto-fibra. Em segundo lugar, os parâmetros de desempenho numéricos e experimentais do CRFA são usados no vigas de CA-CRFA de acordo com o fib Model Code 2010, a fim de estudar sua influência na quantidade de armadura de flexão e cisalhamento necessárias. Em terceiro lugar, as vigas de CA-CRFA são numericamente simuladas e os resultados são comparados com os dimensionados em termos de largura de fissura, espaçamento médio entre fissuras, flecha e cargas últimas e de serviço. Finalmente, os resultados numéricos de vigas de pequena escala são comparados com aqueles obtidos experimentalmente e pelo fib Model Code 2010 para estudar a capacidade da ferramenta numérica em simular o comportamento de elementos estruturais. Os resultados demonstraram que a utilização de simulações computacionais com uma abordagem apropriada para representar o compósito podem ser uma importante ferramenta para contribuir para um melhor entendimento do seu comportamento, extrapolando as condições consideradas em laboratório e contribuindo para o dimensionamento de elementos estruturais de CRFA.

[pt] A necessidade da execução de escavações urbanas cada vez mais profundas tem imposto aos engenheiros geotécnicos o grande desafio de equilibrar elevados esforços horizontais com um mínimo de deslocamentos do maciço de solo e das estruturas localizadas nas vizinhanças. Para muitos destes casos, a utilização de cortinas atirantadas se constitui na solução técnica mais adequada. As primeiras obras com ancoragem em solo surgiram em diversos países (Alemanha, Itália, França) no final da década de 1950, numa evolução direta da técnica de ancoragem em maciços de rocha, e no Brasil esta técnica foi pela primeira vez empregada no Rio de Janeiro em 1957 nas rodovias Rio - Teresópolis e Grajaú - Jacarepaguá. Um grande avanço ocorreu na década de 1970, na implantação das obras do metrô de São Paulo, com a introdução de ancoragens reinjetáveis com calda de cimento sob altas pressões. Atualmente, ancoragens em solo são executadas intensamente em muitos países com cargas que em geral ainda não ultrapassam a 1500 kN. Esta dissertação tem como objetivo principal o estudo do comportamento de cortinas ancoradas em solo, incluindo uma revisão dos principais métodos para análises de estabilidade e obtenção da capacidade de carga. A utilização do método dos elementos finitos, através do programa comercial Plaxis v.7.2, permitiu a comparação dos valores do fator de segurança calculados com métodos de equilíbrio limite, bem como a realização de estudos paramétricos com o objetivo de verificar a influência no comportamento mecânico da cortina de vários parâmetros de projeto, tais como a espessura da cortina, ângulo de inclinação dos tirantes, embutimento da estrutura, etc. / [en] The need for deeper urban excavations has imposed to geotechnical engineers the great challenge of balancing high horizontal forces with occurrence of minimum displacements in soil as well as in the structures nearby. In many of such cases, tied-back earth retaining walls are the technical solution the most recommended. The use of ground anchorage, as a direct extension of the rock anchoring technique, began in several countries (Germany, Italy, France) during the decade of 1950. In Brazil, the first application occurred in the construction of the Rio - Teresópolis and Grajaú - Jacarepaguá highways in the State of Rio de Janeiro, in 1957, and it experimented an important development during excavation of galleries for the Sao Paulo subway, in the decade of 1970, where high pressure grouting has been firstly applied as an industrial process. Currently, soil anchorages are intensely executed throughout the world, carrying loads that in general are not higher than 1500 kN yet. This main objective of this thesis is to study the mechanical behavior of tied-back earth retaining walls, including a comprehensive review on the main methods used for stability analyses and load capacity calculation. The finite element method, through the commercial software Plaxis v.7.2, is employed in order to compare the values obtained for the safety factors through several techniques, as well as to carry out a parametric study to better understand the influence on the retaining wall of several engineering parameters such as the wall thickness, angle and number of ties, depth of wall embedment, etc.

O formato do perfil de velocidades do vento varia de acordo com as características locais da superfície terrestre e de rugosidade do terreno, parâmetros que definem o perfil da Camada-Limite Atmosférica (CLA). As características do escoamento do ar atmosférico sobre e ao redor de acidentes geográficos, tais como morros e colinas, são de grande interesse para aplicações relacionadas à Engenharia de Turbinas e Parques Eólicos. No topo de morros, ocorre a aceleração do vento, fenômeno que pode representar um fator decisivo para a instalação de aerogeradores. Este trabalho dedica-se ao estudo do comportamento da CLA como função da inclinação e rugosidade superficial da elevação, fazendo uso da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) para construir perfis de velocidade do vento e de intensidade de turbulência. O problema de fechamento das Equações Médias de Reynolds (RANS) é contornado com o uso do modelo de turbulência k-ω SST; os resultados numéricos obtidos são comparados com dados experimentais medidos em túnel de vento sobre modelos em escala dos morros. São testados oito modelos de morros com declives que variam de 25° a 64° para dois tipos de categorias de terreno, em 2D e 3D, e são aplicados dois códigos analíticos para representar o perfil de velocidades de entrada. Resultados numéricos para os perfis de velocidade apresentam diferença inferior a 4% em relação aos respectivos dados obtidos experimentalmente. Os perfis de intensidade de turbulência apresentam diferença máxima na casa dos 7% em comparação aos dados experimentais, o que é explicado pelo fato de que não é possível inserir o perfil de entrada de intensidade de turbulência nas simulações numéricas. Em alternativa, foi usado um valor constante resultado da média dos valores dos perfis usados no túnel de vento. Os modelos de morro em 3D apresentam maior concordância nos resultados de velocidade que os modelos em 2D e que ademais quanto maior é a inclinação do morro maior é a concordância com as medições experimentais. / The shape of the wind velocity profile changes according to local features of terrain shape and roughness, which are parameters responsible for defining the Atmospheric Boundary Layer (ABL) profile. Air flow characteristics over and around landforms, such as hills, are of considerable importance for applications related to Wind Farm and Turbine Engineering. The air flow is accelerated on top of hills, which can represent a decisive factor for Wind Turbine placement choices. The present work focuses on the study of ABL behavior as a function of slope and surface roughness of hill-shaped landforms, using the Computational Fluid Dynamics (CFD) to build wind velocity and turbulent intensity profiles. Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the SST k-ω turbulence model; numerical results are compared to experimental data measured in wind tunnel over scale models of the hills under consideration. Eight hill models with slopes varying from 25° to 64° were tested for two types of terrain categories in 2D and 3D, and two analytical codes are used to represent the inlet velocity profiles. Numerical results for the velocity profiles show differences under 4% when compared to their respective experimental data. Turbulent intensity profiles show maximum differences around 7% when compared to experimental data, this can be explained by not being possible to insert inlet turbulent intensity profiles in the simulations. Alternatively, constant values based on the averages of the turbulent intensity at the wind tunnel inlet were used. The 3D models present greater concordance in the speed results than the 2D models and that in addition the greater the slope of the hill, the greater the agreement with the experimental measurements.

Tempestades severas ocorrem na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) principalmente nos meses quentes e úmidos do ano. Nesta tese, os mecanismos de disparo da convecção profunda são estudados por meio de análises observacionais e simulações numéricas com o Advanced Regional Prediction System (ARPS). A metodologia proposta compreende o uso da parametrização microfísica fria na simulação dos processos físicos que levam à formação de nuvens cumulonimbus, sem o uso da parametrização de cúmulos nas grades de altíssima resolução espacial. Nos eventos estudados, as primeiras células de precipitação observadas e simuladas surgiram em razão da interação entre o escoamento atmosférico na camada limite planetária e a topografia local. As células secundárias foram geralmente mais intensas, uma vez que elas surgiram após o aquecimento diabático adicional. O mecanismo de disparo das células secundárias foi a corrente ascendente induzida pela propagação horizontal das frentes de rajada em baixos níveis da atmosfera das correntes descendentes das células primárias. As frentes de rajada tiveram velocidade de propagação horizontal típica de 6 m s-1. No evento de 02 de fevereiro de 2004, células convectivas profundas foram simuladas com alto grau de realismo no domínio da grade de 3 km de resolução espacial. Observou-se que, neste caso, a frente de brisa marítima pôde atuar como guia de ondas para a colisão entre duas frentes de rajada. A propagação da frente de brisa marítima para o interior do continente ocorreu em conjunção a um forte gradiente de vapor dágua nos níveis mais baixos da troposfera. As células convectivas profundas secundárias surgiram e se desenvolveram exatamente nesta zona de interface, a qual representa o contraste entre as diferentes massas de ar marítima e continental. No evento de 04 de fevereiro de 2004, na grade de 1 km de resolução, a análise objetiva com as medidas das estações de superfície na RMSP correspondente às 1800 UTC indicou a presença de uma ilha de calor urbana com até 4 oC de aquecimento diferencial entre a Capital e vizinhanças. O principal efeito da assimilação destas medidas foi a redução do NCL em até 80 hPa, o que favoreceu o disparo da convecção naquela área. / Severe thunderstorms occur in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) mainly in the warm and wet months of the year. In this work, the triggering mechanisms of deep convection are studied through observed data and numerical simulations with the Advanced Regional Prediction System (ARPS). The proposed methodology focuses in the use of microphysics parameterization of cold clouds to simulate physical process linked to the life cycle of thunderstorms. The cumulus cloud parameterization isnt used in high resolution numerical grids. In the real case studies, both observed and simulated, early convective cells developed as a consequence of the interaction between the planetary boundary layer atmospheric flow and the local topography. The secondary convective cells were generally strongest, once they developed after additional surface diabatic heating. The triggering mechanism of these secondary cells was the updraft induced by gust fronts generated by downdrafts of primary cells. The gust fronts had a typical horizontal propagation velocity of 6 m s-1. In the February 02 2004 event, deep convective cells were simulated with high degree of realism with a 3 km resolution grid. It was observed that, in this case, the sea-breeze front could act as a wave guide to the collision between two different gust fronts. In addition, the sea breeze front propagated to the continental area together with a strong low level water vapor gradient. The secondary deep convective cells arose and developed exactly on this interface zone, which represents the contrast between the oceanic and continental air masses. The interface zone was marked by a water vapor mixing rate of 14 g kg-1. In the February 04 2004 event, the objective analysis, made with some MASP´s surface stations measurements at 1800 UTC in the 1 km resolution grid, indicates the presence of an urban heat island with up to 4 oC of differential heating between São Paulo city and its neighboring area. The main effect in assimilating these surface measurements was the lowering of the lift condensation level up to 80 hPa, which favored the triggering of convection in that area.