Esta dissertação apresenta alguns critérios para avaliação de ameaças e risco geotécnico aplicados à estabilidade de taludes. Inicialmente apresenta-se uma visão geral dos problemas envolvidos com a análise de risco geotécnico, a importância da análise probabilística e a sua comparação com a determinística, e as opções de gerenciamento descritas na literatura. Estas análises envolvem conceitos de probabilidade, estatística, geotecnia, geologia, meio ambiente e legislação, além do interesse público e defesa civil. Assim, são definidos os conceitos estatísticos envolvidos nessa área multidisciplinar, como variabilidade espacial, coeficiente de correlação entre os parâmetros de entrada do modelo, distância de autocorrelação, escala de flutuação e incertezas (de parâmetros, humanas e dos modelos). Os métodos probabilísticos de cálculo do fator de segurança, a probabilidade de ruptura e o índice de confiabilidade são revisados. Utilizou-se o método de Monte Carlo nas análises através do uso de um programa comercial. O método tem sido adotado por diversos pesquisadores por ser direto, eficiente para problemas matematicamente complexos e não ter a complexidade matemática de outros métodos. A metodologia de análise de ameaças e risco geotécnico foi aplicada a um talude modelo, similar aos taludes de colúvio de basalto encontrados nas partes inferiores da Escarpa dos Aparados da Serra em Santa Catarina Os resultados obtidos, a partir de dados experimentais disponíveis, foram o fator de segurança determinístico mínimo (1,20) e o fator de segurança médio obtido pelo método de Monte Carlo (1,205), índice de confiabilidade de 2,64 e probabilidade de ruptura de 0,41%. Foi discutida também a aceitabilidade do fator de segurança médio da análise probabilística, comparando-se os resultados obtidos com valores aceitos em obras similares.

Um estudo foi realizado com a finalidade principal de investigar de que maneira a teoria de transferência de calor por radiação em meios participantes pode ser melhor aplicada na resolução de problemas de troca de energia no interior de cavidades que se assemelhem a fornalhas industriais. Verificou-se que as superfícies internas da maioria das fornalhas podem ser consideradas cinzentas e difusoras, o que facilita a aplicação de modelos de soma ponderada de gases cinzas. Sendo assim, as maiores dificuldades aparecem quando a geometria da cavidade é complexa. Com o método de Monte Carlo, é possível resolver problemas com características geométricas bastante complexas, bem como considerar efeitos espectrais e direcionais, quando necessário. Este método foi, então, aplicado, em conjunto com o método da zona, na elaboração de três códigos computacionais, que são capazes de determinar áreas de troca totais em cavidades onde as paredes e o gás são cinzas. Um deles pode ser aplicado a cavidades paralelepipédicas; outro, a cilíndricas. Tanto no primeiro, quanto no segundo, as dimensões podem assumir qualquer valor. Com o terceiro código computacional, é possível obter-se áreas de troca totais entre zonas de cavidades que têm geometria genérica formada a partir de combinações de cubos. Resultados obtidos através dos três códigos computacionais foram comparados com outros disponíveis na literatura.

Abordagens probabilísticas são extensivamente utilizadas para resolver problemas de alta dimensionalidade em diferentes campos. O filtro de partículas é uma abordagem proeminente no campo da Robótica, devido a sua adaptabilidade a modelos não lineares com distribuições multimodais. Contudo, seus resultados são fortemente dependentes da qualidade e do número de amostras requeridas para cobrir o espaço de busca. Em contrapartida, análise de intervalos lida com problemas de alta dimensionalidade através da redução do espaço de busca. Essas reduções são feitas através de técnicas intervalares que garantem matematicamente que a solução procurada está contida no resultado do método, uma vez que a modelagem do problema tenha sido feita corretamente. Métodos intervalares não descartam quaisquer soluções factíveis, com isso o resultado pode ser pouco representativo. Não obstante, não é possível definir precisamente onde a solução está no intervalo definido como solução. A estratégia proposta combina o melhor das duas abordagens. A ideia principal do método proposto é usar técnicas intervalares para melhorar os resultados do filtro de partículas, limitando o espalhamento das partículas e acelerando a convergência do método. Nós esperamos que o método proposto consiga fazer a distribuição e controle de partículas de forma mais eficiente, resultando possivelmente em um método mais preciso. A abordagem proposta é ilustrada através do tratamento do problema de localização global de robôs subaquáticos.

Esta dissertação apresenta alguns critérios para avaliação de ameaças e risco geotécnico aplicados à estabilidade de taludes. Inicialmente apresenta-se uma visão geral dos problemas envolvidos com a análise de risco geotécnico, a importância da análise probabilística e a sua comparação com a determinística, e as opções de gerenciamento descritas na literatura. Estas análises envolvem conceitos de probabilidade, estatística, geotecnia, geologia, meio ambiente e legislação, além do interesse público e defesa civil. Assim, são definidos os conceitos estatísticos envolvidos nessa área multidisciplinar, como variabilidade espacial, coeficiente de correlação entre os parâmetros de entrada do modelo, distância de autocorrelação, escala de flutuação e incertezas (de parâmetros, humanas e dos modelos). Os métodos probabilísticos de cálculo do fator de segurança, a probabilidade de ruptura e o índice de confiabilidade são revisados. Utilizou-se o método de Monte Carlo nas análises através do uso de um programa comercial. O método tem sido adotado por diversos pesquisadores por ser direto, eficiente para problemas matematicamente complexos e não ter a complexidade matemática de outros métodos. A metodologia de análise de ameaças e risco geotécnico foi aplicada a um talude modelo, similar aos taludes de colúvio de basalto encontrados nas partes inferiores da Escarpa dos Aparados da Serra em Santa Catarina Os resultados obtidos, a partir de dados experimentais disponíveis, foram o fator de segurança determinístico mínimo (1,20) e o fator de segurança médio obtido pelo método de Monte Carlo (1,205), índice de confiabilidade de 2,64 e probabilidade de ruptura de 0,41%. Foi discutida também a aceitabilidade do fator de segurança médio da análise probabilística, comparando-se os resultados obtidos com valores aceitos em obras similares.

Um estudo foi realizado com a finalidade principal de investigar de que maneira a teoria de transferência de calor por radiação em meios participantes pode ser melhor aplicada na resolução de problemas de troca de energia no interior de cavidades que se assemelhem a fornalhas industriais. Verificou-se que as superfícies internas da maioria das fornalhas podem ser consideradas cinzentas e difusoras, o que facilita a aplicação de modelos de soma ponderada de gases cinzas. Sendo assim, as maiores dificuldades aparecem quando a geometria da cavidade é complexa. Com o método de Monte Carlo, é possível resolver problemas com características geométricas bastante complexas, bem como considerar efeitos espectrais e direcionais, quando necessário. Este método foi, então, aplicado, em conjunto com o método da zona, na elaboração de três códigos computacionais, que são capazes de determinar áreas de troca totais em cavidades onde as paredes e o gás são cinzas. Um deles pode ser aplicado a cavidades paralelepipédicas; outro, a cilíndricas. Tanto no primeiro, quanto no segundo, as dimensões podem assumir qualquer valor. Com o terceiro código computacional, é possível obter-se áreas de troca totais entre zonas de cavidades que têm geometria genérica formada a partir de combinações de cubos. Resultados obtidos através dos três códigos computacionais foram comparados com outros disponíveis na literatura.

Neste trabalho, o método de Monte Carlo é aplicado à função distribuição de energia de corpo negro nas linhas de absorção (função distribuição ALB) para considerar o efeito espectral no cálculo da transferência de calor por radiação em meios participantes. A metodologia combina o robusto e flexível método de Monte Carlo com a função distribuição ALB, que incorpora simultaneamente o efeito de um grande número de linhas espectrais. A implementação proposta estabelece uma relação simples e direta entre a função distribuição ALB e a função distribuição cumulativa do método de Monte Carlo, o que facilita a implementação da técnica e proporciona eficiência computacional. A verificação da metodologia foi realizada através da comparação de seus resultados com uma série de soluções apresentadas na literatura utilizando-se tanto o modelo da somaponderada- de-gases-cinzas baseado nas linhas espectrais quanto a integração linha-por-linha, considerando meios participantes não-homogêneos e não-isotérmicos constituídos de vapor d’água, dióxido de carbono e espécies não-participantes. O método de Monte Carlo aplicado à função distribuição ALB foi utilizado na obtenção de vários resultados para avaliar as aproximações relativas ao modelo da somaponderada- de-gases-cinzas, de ampla aplicação em problemas de trocas radiantes em meios participantes. Foram consideradas cavidades unidimensionais e cilíndricas contendo meios isotérmicos e não-isotérmicos, homogêneos e não-homogêneos, constituídos de vapor d’água, dióxido de carbono e espécies não-participantes. Para a geometria cilíndrica, as distribuições de temperatura e concentrações das espécies químicas basearam-se em distribuições que podem ser encontradas no interior de câmaras de combustão. A análise mostrou que tanto as aproximações devido às concentrações das espécies químicas quanto aquelas devido ao modelamento do espectro de radiação podem levar a erros consideráveis, demonstrando a importância de se empregar modelos mais sofisticados. Para aumentar a eficiência do método de Monte Carlo, foi também desenvolvido o modelo dos pacotes de energia multi-espectrais, que considera que a energia dos pacotes é distribuída em diferentes comprimentos de onda. Este modelo proporcionou uma redução de quase 50% no tempo computacional para o caso teste proposto. / In this work, the Monte Carlo method is applied to the absorption-line-blackbody distribution function (ALB distribution function) to consider the effect of the spectrum in the calculation of radiation heat transfer in participating media. The methodology combines the flexible, robust Monte Carlo method with the ALB distribution function, which simultaneously incorporates a large number of the spectral lines. The proposed implementation establishes a simple, direct relation between the ALB distribution function and the Monte Carlo cumulative distribution function, which makes it easier to implement the technique and leads to computational efficiency. The verification of the methodology was accomplished with the comparison of the obtained results with a set of solutions that are presented in the literature, as obtained with the weighted-sum-of-gray-gases based on the spectral lines and with the line-by-line integration, considering non-homogeneous and non-isothermal media composed of water vapor, carbon dioxide and non-participating species. The Monte Carlo method applied to the ALB distribution function was employed to obtain various results to evaluate the approximations that arise from the weighted-sum-of-graygases, which is of large application in the radiation heat transfer in participating media. The solutions include both one-dimensional and cylindrical enclosures having isothermal and nonisothermal, homogeneous and non-homogeneous media, composed of water vapor, carbon dioxide and non-participating species. For the cylindrical geometry, the temperature and the concentration distributions were based on distributions that can be found in the interior of combustion chambers. The analysis showed that both the approximations due to the concentrations of the chemical species and due to the modeling of the radiation spectrum can lead to considerable errors, showing the importance of using more sophisticated models. To increase the efficiency of the Monte Carlo method, it was also developed the model of multispectral energy bundles, which considers that the energy of the bundles is distributed in the different wavelengths. This model reduced the computational time in 50 % for the proposed test case.

Abordagens probabilísticas são extensivamente utilizadas para resolver problemas de alta dimensionalidade em diferentes campos. O filtro de partículas é uma abordagem proeminente no campo da Robótica, devido a sua adaptabilidade a modelos não lineares com distribuições multimodais. Contudo, seus resultados são fortemente dependentes da qualidade e do número de amostras requeridas para cobrir o espaço de busca. Em contrapartida, análise de intervalos lida com problemas de alta dimensionalidade através da redução do espaço de busca. Essas reduções são feitas através de técnicas intervalares que garantem matematicamente que a solução procurada está contida no resultado do método, uma vez que a modelagem do problema tenha sido feita corretamente. Métodos intervalares não descartam quaisquer soluções factíveis, com isso o resultado pode ser pouco representativo. Não obstante, não é possível definir precisamente onde a solução está no intervalo definido como solução. A estratégia proposta combina o melhor das duas abordagens. A ideia principal do método proposto é usar técnicas intervalares para melhorar os resultados do filtro de partículas, limitando o espalhamento das partículas e acelerando a convergência do método. Nós esperamos que o método proposto consiga fazer a distribuição e controle de partículas de forma mais eficiente, resultando possivelmente em um método mais preciso. A abordagem proposta é ilustrada através do tratamento do problema de localização global de robôs subaquáticos.

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:30:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8204_Tese Final Priscilla Arruda.pdf: 824391 bytes, checksum: 4f279c6c7f9a5c500fd5efeb17c18e24 (MD5) Previous issue date: 2014-09-19 / Um conjunto de bases Gaussianas de tamanho pequeno para os átomos de H até Ar foi construído a partir de uma sequência única de expoentes de 19 funções Gaussianas, baseada no método coordenada geradora Hartree-Fock. Para cada átomo estudado um esquema de contração segmentada foi proposto, e funções de polarização e difusas foram acrescentadas. Aplicações dos novos conjuntos bases contraído e não contraído para o cálculo de geometrias de equilíbrio e de propriedades elétricas (momentos de dipolo elétrico e polarizabilidades) de diversos sistemas moleculares foram realizadas e comparações foram feitas entre resultados teóricos e experimentais. Os conjuntos de bases universais apresentados neste trabalho (com e sem contração) são competitivos quando comparados a conjuntos de bases adaptadas de tamanhos semelhantes. O método Monte Carlo Simulated Annealing foi adaptado para otimização de funções tipo Gaussianas correlacionadas em ambiente molecular não relativístico. A partir de um conjunto de bases Gaussianas atômicas centradas nos átomos, as funções não contraídas foram reotimizadas nos ambientes moleculares correspondentes aos sistemas BF, CN􀀀, CO, CO2, CS, H2O, N2 e NO+. Os novos conjuntos de bases otimizados nas moléculas, que chamamos de conjuntos de bases híbridos, HXZP (X = D, T, Q e 5), foram utilizados para calcular energia total, frequências vibracionais harmônicas, geometrias de equilíbrio, momentos de dipolo elétrico e polarizabilidades de dipolo, em um nível correlacionado. A presente metodologia é uma maneira simples e eficaz para melhorar as funções de onda moleculares correlacionadas, sem a necessidade de aumentar o tamanho do conjunto de bases molecular. Esta metodologia foi utilizada para gerar uma sequência hierárquica de conjuntos de bases moleculares com tamanho crescente, que usamos para obter limites para o conjunto de bases completo. Adicionalmente, o método Monte Carlo Simulated Annealing foi utilizado para gerar uma sequência hierárquica de conjuntos de bases otimizados em ambiente molecular para os sistemas BF, CN􀀀, CO, CO2, CS, H2O, N2 e NO+. Nestes conjuntos de bases, todos os expoentes foram otimizadas em ambiente molecular. Esquemas de contração foram propostos para cada sistema estudado resultando em um conjunto de bases molecular final que chamamos de MXZP (X = D, T e Q). Usamos essa sequência hierárquica de conjuntos de bases para calcular energia total, frequências vibracionais harmônicas, geometrias de equilíbrio, momentos de dipolo elétrico e polarizabilidades de dipolo, em níveis correlacionados de teoria. Também, usamos esta sequência hierárquica de conjuntos de bases moleculares para obtermos limites de conjuntos de bases completos. Verificamos, para os sistemas estudados, que os conjuntos de bases MXZP produz resultados de propriedades moleculares mais adequados que

Ingeniero Civil Elctricista / Los acumuladores de Ion-Litio han adquirido un importante rol en el sector industrial durante los últimos años. Lo anterior, principalmente debido a que su carácter de dispositivos de respaldo energético los transforma en elementos clave dentro del diseño de sistemas autónomos. Particularmente en estos casos, se hace crítico el poder contar con sistemas de supervisión de baterías que incorporen elementos de incertidumbre y sean capaces de estimar de manera certera y precisa tanto el estado-de-carga (SOC, por sus siglas en inglés) como el tiempo de descarga (EOD, del inglés End-of-Discharge) de las mismas. Es por este motivo que el presente trabajo de Tesis se focaliza en establecer las bases para el diseño e implementación de un sistema de estimación y pronóstico basado en métodos secuenciales de Monte Carlo (también conocidos como filtros de partículas) para la estimación del SOC y predicción del EOD de dispositivos de almacenamiento de energía de Ion-Litio. En la actualidad, hay múltiples productos desarrollados que son capaces de estimar el SOC de una batería de Ion-Litio; sin embargo, estos no son capaces de estimar dichos parámetros en línea. Incluso en el caso que este último objetivo se cumpla, se considera sólo un perfil de utilización promedio para el equipo, lo que en la práctica implica un enorme sesgo de estimación. En este contexto, el esquema propuesto considera dos etapas: (i) La primera corresponde a la estimación en línea del SOC, para lo cual se utilizan métodos de estimación Bayesiana sub-óptimos (filtros de partículas) dada su capacidad para incorporar información en modelos dinámicos no-lineales, con problemas de observabilidad, y fuentes de incertidumbre no Gaussiana; mejorando significativamente la precisión y exactitud de los algoritmos de predicción del EOD; (ii) la segunda etapa consiste en la caracterización de la incertidumbre en el pronóstico del tiempo de uso remanente del acumulador a través del algoritmo de regularización, basado en las distribuciones de Epanechnikov y en un filtro de partículas. Sumado a lo anterior, también se considera la caracterización estadística (condicional a los datos medidos) del perfil de uso futuro de la batería mediante una cadena de Markov de primer orden, con lo cual se incorpora información acerca del uso que se le otorgó a la batería hasta en el instante inicial de predicción. Con el objeto de analizar los aspectos principales a considerar en el diseño del esquema propuesto, se realiza una comparación entre la solución óptima (en el sentido de media cuadrática, mediante filtro de Kalman) obtenida a priori y la solución sub-óptima entregada por el método propuesto. Esta comparación se realiza con el objetivo de determinar el número de partículas, de iteraciones del filtro y de realizaciones de la cadena de Markov adecuadas para el buen funcionamiento del algoritmo. Finalmente, la validación del módulo de pronóstico propuesto se realiza (mediante medidas de desempeño ad-hoc) con datos experimentales de pruebas de descarga de baterías de Ion-Litio proporcionados por Impact Technologies, LLC. Como conclusión de los resultados expuestos en este trabajo, se puede afirmar que la implementación del método propuesto permite: (i) obtener un filtrado altamente exacto y preciso del proceso de descarga; y (ii) mejorar el pronóstico del tiempo de uso remanente del acumulador en términos de exactitud y precisión, destacando la tendencia a sub-estimar el EOD respecto a la sobre-estimación encontrada en los métodos presentes en la literatura.

En la presente tesis de doctorado se desarrollan dos herramientas econométricas, en particular los tests de quiebres estructurales (endógenos) y los modelos de cambios de regímenes de Markov, con un enfoque en su utilidad para desarrollar trabajos descriptivos en economía. Ambos conceptos se encuadran dentro de la búsqueda de contemporaneidades y sincronizaciones con diversos sucesos económicos. Se presenta un análisis de Monte Carlo para contrastar las propiedades de una serie de tests de quiebres estructurales endógenos propuestos, para un grupo particular de procesos generadores de los datos (i.e. DGP). Además de mostrar la utilidad de utilizar las metodologías mencionadas a la hora de realizar economía aplicada, la motivación final del trabajo es presentar la posibilidad de combinar quiebres estructurales, análisis de cambios de regímenes y el concepto de contemporaneidad como una opción válida de análisis descriptivo previo a cualquier análisis de causalidad. Esto se intenta mostrar con diversos ejemplos de la literatura económica que el autor ha trabajado durante su doctorado, desde problemas marcadamente relativos a la macroeconomía hasta aquellos más de índole microeconómica La conclusión final es metodológica, y es recomendar un uso exhaustivo de her- ramientas descriptivas como las utilizadas aquí (y otras, por supuesto) para lograr tener nociones sobre las hipótesis de investigación previas a la aplicación de modelos y regresiones estructurales. / In this dissertation two econometric tools are developed: tests of structural breaks (endogenous) and Markov Switching, both with a focus on its utility to develop de- scriptive papers in economics. Both concepts are framed within the search of contem- poraneity with various economic events. Monte Carlo analysis is presented for testing the properties of a series of tests for endogenous structural breaks proposed for a particular set of data generating processes (i.e. DGP). In addition to showing the utility of using the methodologies mentioned when doing applied economics, the final motivation is to present the possibility of combining structural breaks, regime change analysis and the concept of contemporaneity as a valid option prior descriptive analysis any analysis of causation. This is intended to be shown with various examples of the economic literature that the author has worked for his doctorate, from problems related to macroeconomics markedly to those over microeconomic nature The final conclusion is methodological and is recommending extensive use of de- scriptive tools such as those used here (and others, of course) in order to have some knowledge about the assumptions of previous to the application of regression models and structural investigation.