Nesta tese avaliei a relação entre a classificação de riachos em tipos de rios baseados nas suas características abióticas com a comunidade de macroinvertebrados. Especificamente, avaliei as seguintes questões: 1) Como as escalas de trecho de rio (local) e de bacia hidrográfica (regional) influenciam as comunidades? 2) As classificações de rios baseadas em variáveis abióticas são concordantes com aquelas baseadas em macroinvertebrados? 3) As respostas das comunidades de macroinvertebrados são similares quando diferentes abordagens de classificação são usadas? Por fim, 4) De que forma a resolução taxonômica e o tratamento dos dados influenciam as perguntas 2 e 3? Este estudo foi realizado em 38 riachos, numa área de 282 mil km2 no Rio Grande do Sul. As distâncias entre os riachos variaram entre 15 a 670 km. As variáveis físicas e químicas dos rios foram obtidas em trechos de 50 metros de extensão. A bacia hidrográfica de cada trecho foi delimitada e o uso da terra, tipo de solo e o relevo foram obtidos por meio de SIG. A tese traz uma “Apresentação geral” como Introdução. O capítulo 1 cobre a revisão da literatura e foi publicado na revista Ciência e Ambiente. O capítulo 2 apresenta a relação das variáveis ambientais e do espaço (distância geográfica) com a comunidade de macroinvertebrados. Como principal resultado, observou-se que o ambiente explica a maior parte da variação da distribuição na comunidade de macroinvertebrados, sendo que o efeito do ambiente é dependente da resolução taxonômica utilizada. No capítulo 3 avaliei a concordância entre classificações bióticas e abióticas. Avaliamos concomitantemente o efeito da resolução taxonômica, tipo de dado e da escala (trecho de rio x bacia hidrográfica). Tanto o tipo de dado quanto a resolução taxonômica influenciaram os resultados, sendo a classificação baseada nos dados no nível de família o único concordante com a classificação baseada em dados abióticos (duas escalas juntas). Outro importante resultado obtido foi a observação de que em uso de diferentes escalas, separadamente, verifica-se que a concordância se deu apenas para a escala de bacia hidrográfica, desde que para abundância no nível de gênero e presença/ausência no nível de família. No capítulo 4 verifiquei a relação da comunidade de macroinvertebrados com cinco sistemas de classificações de rios. As duas primeiras são baseadas em hidrorregiões, a terceira, em ecorregiões aquáticas da FEOW, a quarta deriva das ordens dos rios e a quinta é resultado do agrupamento de variáveis ambientais medidas localmente e regionalmente. Os resultados demonstram que a classificação baseada em variáveis ambientais se apresentou como o melhor sistema de classificação dos rios amostrados. Também avaliamos o tipo de dado e resolução taxonômica. Novamente a resolução taxonômica foi importante para os resultados obtidos e os dados de gênero obtiveram os melhores resultados. Por fim, na última parte da tese são apresentadas as considerações finais. / This thesis evaluated the relationships between stream classifications according to their abiotic characteristics and macroinvertebrate stream assemblages. Specifically, I asked the following questions: 1) How the macroinvertebrate communities are related with stream reach and catchment scales ? 2) Are the streams classifications with biotic and abiotic approach congruent? 3) Are there similar responses of macroinvertebrate assemblages when different classification approaches are used? 4) Can the taxonomic resolution and data type (abundance and presence/absence) to influence the results? This study was conducted in 38 streams, with distances among streams ranged from 15 to 670 km at an area of 282.000 km2 in Rio Grande do Sul state. The chemical and physical variables were obtained at a 50 m reach in each stream. The catchment was delimited and land use, soil coverage and relief were obtained using GIS tools. The thesis includes an “overview” as introduction. Chapter 1 covers the literature review and was published on Ciência e Ambiente. The Chapter 2 shows the relationship of environmental variables and space (distance among streams) with macroinvertebrate assemblages. The main result was that the environment accounted for most of the variation on the distribution of macroinvertebrate assemblages and this effect was dependent of the taxonomic resolution. In chapter 3 I evaluated the concordance between the abiotic and biotic classifications as well as the effect of the numerical and taxonomic resolution and the scale (stream reach x catchment). The results are dependent of the taxonomic resolution and dada type. The most important result was the effect of taxonomic resolution on the concordance between biotic and abiotic classifications. The classification based on macroinvertebrate family data was the only biotic classification concordant with the classification based on abiotic data. Another important result is that different scales, when used separately, only catchment classification was concordant with biotic one, and this result was dependent of both taxonomic and dada type. In chapter 4 we assessed the relationship of macroinvertebrate assemblages with five stream classifications. The first two is based on catchments grouped in hydrologic units, the third is based in freshwater ecoregions of FEOW, the fourth is based on stream orders and the fifth is result by cluster of environmental variables get on stream reach and catchment scales. That classification based on environmental variables had the higher scores than others classification by Classification Strength approach. The taxonomic and numeric resolutions were also evaluated. The taxonomic resolution was important to the results obtained, and genera data show the best scores. In the last part of the thesis are presented the conclusion remarks.

O objetivo deste trabalho foi o analisar o impacto da resolução dos conjuntos de dados topográficos nas simulações das concentrações de dióxido de enxofre (SO2) emitido por uma fonte localizada no Sul do Brasil. Para isso foram realizadas duas simulações aplicando o modelo regional Weather Research and Forecasting acoplado com a química (WRF/Chem), configurado com duas representações do terreno de diferentes resoluções espaciais. Foram utilizados os dados padrão do modelo com melhor resolução, Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), com aproximadamente 1 km, e inserido no bancos de dados do modelo as informações de terreno em alta-resolução do Radar Shuttle Topography Mission (SRTM) (30 metros). Para as emissões antrópicas do modelo foi elaborado um programa capaz inserir os volumes do poluente SO2 de forma horária expelidos pela chaminé, de acordo com as taxas de emissão medidos diretamente na fonte. O programa representou a emissão do poluente no ponto de grade correspondente a localização e a altura acima da superfície da chaminé da fonte. As simulações foram configuradas com os seguintes esquemas de parametrização: para microfísica de nuvens foi utilizado o Goddard Cumulus Ensemble; os esquemas de radiação de onda longa e curta foram o Goddard e o Rapid Radiative Transfer Model para modelos de circulação geral da atmosfera (MCGA); para a parametrização de cumulus o esquema utilizado foi o Grell 3D Ensemble Scheme; e para os esquemas de camada superficial e camada limite planetária foram utilizados os da teoria da similaridade do Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) e o Yonsey University, respectivamente. A escolha desta combinação de esquemas foi definida a partir de um estudo inicial da sensibilidade do modelo à mudança das parametrizações. Os resultados dos experimentos numéricos alterando a topografia foram validados a partir dos dados de monitoramento das estações meteorológica e da qualidade do ar pertencentes à empresa responsável pelo empreendimento associado à fonte. Foi observado que as simulações com os dados SRTM expressaram o terreno da região de estudo mais próximo à realidade, representando o aspecto heterogêneo do relevo, ressaltando os picos e os vales. Os resultados das validações meteorológicas utilizando os dados topográficos indicaram melhoras nas simulações das variáveis meteorológicas: temperatura, umidade relativa, velocidade do vento e precipitação. Os experimentos com os dados topográficos GTOPO e SRTM no modelo WRF/Chem, configurado com as emissões horárias da fonte de Candiota, reproduziram o comportamento dos ventos para transporte de SO2 até as estações de monitoramento conforme os dados observados. Porém foram identificados padrões diferentes na representação das concentrações do poluente entre as duas simulações do modelo, associados aos escoamentos dos ventos representados pelos experimentos. A resolução da topografia afetou na simulação de SO2 devido ao aumento da forçante superficial induzida pelo terreno. Este aumento na forçante, influenciou a advecção da pluma de SO2, resultando em diferentes padrões das concentrações de SO2 no ponto de grade correspondente às estações de monitoramento. Contudo, os resultados das simulações das concentrações de SO2, tanto de forma horária quanto na abordagem das médias diárias, não indicaram uma relação linear entre a utilização de dados em alta resolução e a melhora na representação do SO2 pelo modelo WRF/Chem. / The objective of this work was to analyze the impact of the higher resolution topographic data sets in the simulations of the Sulfur dioxide (SO2) concentrations emitted by a source located Southern Brazil. Two simulations were performed applying the Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry – WRF/Chem, configured with two representations of the terrain with different spatial resolutions. The standard data of the model with the best resolution (approximately 1 km), Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), and was inserted in the model databases the high-resolution (30 meters) terrain information of the Radar Shuttle Topography Mission (SRTM). For the anthropic emissions of the model, a program was developed capable of inserting the hourly SO2 pollutant volumes expelled by the chimney, according to the emission rates measured directly at the source. The program inserted these emissions into the grid point corresponding to the location and height above the surface of the emission source. The simulations were configured with the following parameterization schemes: for cloud microphysics Goddard Cumulus Ensemble; for the long and short wave radiation treatment it was used the Goddard and the Rapid Radiative Transfer Model for general circulation models; for the cumulus parameterization the scheme it was used the Grell 3D Ensemble Scheme; and for the surface layer and planetary boundary layer schemes, the similarity theory of the Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) and the Yonsey University, respectively. The choice of this combination of schemes was defined from an initial study of the sensitivity of the model to the change of parametrizations. The results of the numerical experiments altering the topography were validated from the monitoring data of the meteorological stations and the air quality belonging to the company responsible for the enterprise associated to the source. It was observed that the simulations with the SRTM data expressed the terrain of the region of study closest to reality, representing the heterogeneous aspect of the terrain, highlighting the peaks and valleys. The results of the meteorological validations using the new topographic data indicated an improvement in the simulations of the meteorological variables: temperature, relative humidity, wind speed and precipitation. The experiments with the GTOPO and SRTM topographic data in WRF/Chem model, configured with the hourly emissions of the Candiota source, reproduced the winds behavior that transported the SO2 to the monitoring stations according to the observed data. However, different patterns were identified in the pollutant concentrations between the two simulations of the model, associated to the wind flows represented by the experiments. The topography resolution affected in the simulation of SO2 due to the increase of the surface forcing induced by the terrain. This increase in the forcing influenced the advection of the SO2 plume, resulting in different patterns of SO2 concentrations at the grid point corresponding to the monitoring stations. However, the results of simulations of SO2 concentrations, both hourly and in the approach of daily averages, did not indicate a linear relationship between the use of high resolution data and the improvement in the representation of SO2 by WRF/Chem model.

As escritas numéricas e o valor posicional do número são o tema desta pesquisa que tem como objetivos: investigar concepções construídas na interação criança-escrita numérica que contribuem para a construção do valor posicional característico do sistema de numeração decimal; identificar contribuições das notações de números multidígitos à conceituação do valor posicional do número, e verificar as formas cognitivas por meio das quais estas contribuições se efetivam. Consiste num estudo de análise qualitativa.Fundamenta-se na concepção epistemológica construtivista, e volta-se para as microaprendizagens presentes no processo de construção da compreensão do valor posicional e de apropriação da escrita numérica convencional de multidígitos. Envolveu nove alunos da segunda série do Ensino Fundamental de uma escola estadual do município de Erechim-RS, selecionados por sorteio a partir da realização de pré-testes com 44 crianças de três turmas nos quais foram avaliadas noções de composição aditiva, domínio da escrita numérica de multidígitos e do valor posicional. Os critérios utilizados para a seleção foram: compreensão da composição aditiva, não-compreensão do valor posicional e o não-domínio das escritas numéricas de multidígitos. Os alunos participantes da pesquisa, organizados em trios, participaram de onze situações didáticas ao longo do segundo semestre letivo do ano de 2005. A pesquisa evidenciou um processo construtivo não linear, no qual as crianças construíram concepções próximas ao valor posicional, à medida que as situações didáticas provocavam reflexões e sucessivas tomadas de consciência sobre as notações em si e sobre as relações entre escritas e agrupamentos. No que se refere ao valor posicional, a escrita numérica não sugeriu, de imediato, a possibilidade de formarem agrupamentos de acordo com as propriedades do sistema de numeração decimal, do mesmo modo que os agrupamentos (organizados dentro destes princípios) não sugeriram, num primeiro momento, a escrita numérica correspondente. Ambos, escritas e agrupamentos, num primeiro momento, significaram para as crianças a quantidade total representada tanto pelas escritas numéricas quanto pelos agrupamentos. Observou-se uma construção incipiente e progressiva dos princípios aditivo e multiplicativo do sistema, bem como da compreensão da organização do sistema em potências de dez, elementos fundamentais ao reconhecimento do valor relativo do algarismo. As notações, por si só, não foram “transparentes” às crianças e o aprendizado do valor posicional ocorreu a partir da reflexão sobre as relações entre os resultados das ações e sobre as próprias reflexões realizadas por abstrações reflexionantes e tomadas de consciência. / Numeric writings and the number place value are the theme of this research, which aims: to investigate conceptions built on the children-numeric writing interaction that contributes for the construction of place value characteristic of the decimal system; to identify contributions of multidigit numbers to the conceptualization of the number place value and; to verify the cognitive forms through which these contributions are effective. It is a study of qualitative analysis. It is grounded on the constructivist epistemological conception, and it turns to micro-learnings present in the process of construction of place value comprehension and of appropriation of the conventional numeric writing of multidigits. Nine fundamental second grade students from a public state school in the town of Erechim/RS were involved in the research, selected by assortment after the accomplishment of pre-tests with 44 children from three classes in which notions of additive composition, the understanding of numeric writing of multidigit and place value were evaluated. The criteria used for the selection were: comprehension of additive composition, the non-comprehension of place value and the non-dominance of numeric writings of multidigits. The participants of the research, organized in triads, participated in eleven didactic situations during the second school semester of 2005. The research evidenced a constructive, non-linear process, in which children built conceptions close to the place value, as the didactic situations provoked reflections and successive consciousness about notations and about the relations between writings and groupings. Regarding place value, the numeric writing did not suggest, at first, the possibility of forming groups according to the properties of decimal system, in the same manner that the groupings (organized within these principles) did not suggest immediately the correspondent numeric writing. In a first moment, both, writings and groupings, meant for the children the total quantity represented as for numeric writings as for groupings. An incipient and progressive construction of additive and multiplicative principles of the system was observed, as well as the comprehension of the system organization in potencies of tens, fundamental elements for the recognition of the number relative value. The notations, by themselves, were not “transparent” for the children and the learning of place value took place from the reflection about relations between action results and about the reflections accomplished by reflexive abstractions and consciousness. / Las escritas numéricas y el valor posicional del número son temas de esta pesquisa, que tiene como objetivos: investigar concepciones construidas en la interacción niñoescrita numérica que contribuyen para la construcción del valor posicional característico del sistema de numeración decimal; identificar contribuciones de las notaciones de números multidígitos a la conceptuación del valor posicional del número y verificar las formas cognitivas a través de las cuales estas contribuciones se efectúan. Consiste en un estudio de análisis cualitativo. Se fundamenta en la concepción epistemológica constructivista y se vuelve para los microaprendizajes presentes en el proceso de construcción de la comprensión del valor posicional y de apropiación de la escrita numérica convencional de multidígitos. Involucró nueve alumnos del segundo año de la Enseñanza Primaria – 2ª série do Ensino Fundamental – de una escuela estadual del municipio de Erechim-RS, seleccionados, por sorteo, a partir de la realización de pré-testes con 44 niños de tres grupos en los cuales fueron evaluados nociones de composición aditiva, el dominio de la escrita numérica de multidígitos y del valor posicional. Los criterios utilizados para la selección fueron: comprensión de la composición aditiva, no comprensión del valor posicional y el no dominio de las escritas numéricas de multidígitos. Los alumnos participantes de la pesquisa, organizados en triades, participaron de once situaciones-didácticas a lo largo del segundo semestre lectivo del año de 2005. La pesquisa evidenció un proceso constructivo, no linear, en el cual los niños construyeron concepciones próximas al valor posicional, a la medida que las situaciones didácticas provocaban reflexiones y sucesivas tomadas de conciencia sobre las notaciones en si y sobre las relaciones entre escritas y agrupamientos. A lo que se refiere al valor de posición, la escrita numérica no sugirió, de inmediato, la posibilidad de formar agrupamientos de acuerdo con las propiedades del sistema de numeración decimal, del mismo modo que las agrupaciones (organizados dentro de estos principios) no sugirieron de inmediato la escrita numérica correspondiente. Ambos, escritas y agrupamientos, en un primer momento, significaron para los niños la cuantidad total representada tanto por las escritas numéricas, cuanto por los agrupamientos. Se observó una construcción incipiente y progresiva de los principios aditivo y multiplicativo del sistema, bien como de la comprensión de la organización del sistema en potencias de diez, elementos fundamentales al reconocimiento del valor relativo del guarismo. Las notaciones, tan sólo, no fueron “transparentes” los niños y el aprendizaje del valor posicional ocurrió a partir de la reflexión sobre las relaciones entre los resultados de las acciones y sobre las propias reflexiones realizadas por abstracciones reflexionantes y tomadas de conciencia.

A necessidade cada vez maior do uso de produtos poliméricos sintéticos, como para produção de embalagens, partes de eletrodomésticos, eletroeletrônicos, automóveis, etc., tem levado a indústria de polímeros a buscar cada vez mais a diminuição do desperdício e aumento da qualidade dos produtos. Para isso tem-se buscado entender melhor como as propriedades reológicas dos polímeros afetam seu processamento e a qualidade final dos produtos. Com o intuito de se obter resultados mais rápidos e com menor custo recorre-se cada vez mais a estudos de modelagem e simulação de processos de transformação de polímeros. Neste trabalho é apresentada uma nova ferramenta de CFD para simulações de escoamentos envolvendo fluidos viscoelásticos, o viscoelasticFluidFoam solver. A implementação do módulo foi feita no pacote de CFD OpenFOAM devido principalmente às vantagens oferecidas por esse software, como por exemplo, possibilidade de uso de geometrias complexas, malhas não-estruturadas, técnicas multigrid e paralelização do processamento de dados, além de ser um software gratuito e de código aberto. Foi feita a implementação do modelo de Maxwell, UCM, Oldroyd-B, Giesekus, FENE-P, FENE-CR, PTT na forma linear e exponencial, e DCPP, todos na forma multimodo. Dentre as várias metodologias disponíveis para resolver o problema da obtenção de soluções estáveis a altos valores deWeissenberg foi escolhida a DEVSS devido a sua estabilidade e aplicação a modelos complexos. Para se fazer a validação do solver desenvolvido foi feito a comparação com resultados numéricos e experimentais obtidos da literatura. É mostrada uma comparação entre vários modelos para obtenção da velocidade e diferença de tensões normais para um escoamento em uma contração plana abrupta 4:1. Os resultados obtidos foram satisfatórios sendo possível dar credibilidade ao solver implementado e garantir a disponibilidade de uma boa ferramenta para estudo de fluidos viscoelásticos para ser usada tanto no meio acadêmico como no setor industrial. / Synthetic polymer products are of great importance in several industrial sectors, such as for production of packaging, parts of appliances, electronics, and cars. Due to the increasing demand for this kind of material, reduction of waste and increase of quality has become a key issue in polymer industry. In this sense modeling and simulation of processing operations appears as a fundamental tool, leading to better understanding of how the rheological properties of polymers affect their processability and final product quality, and reducing time and costs related to the development of processes and products. This work presents a new Computational Fluid Dynamics (CFD) tool for the simulation of viscoelastic fluid flows, called viscoelasticFluidFoam solver, which consists of a viscoelastic fluid module to be used OpenFOAM CFD package. The advantages of using OpenFOAM as development platform include its characteristics with relation to flexibility to deal with complex geometries, unstructured and non orthogonal meshes, moving meshes, large variety of interpolation schemes and solvers for the linear discretized system, and the possibility of data processing parallelization. Linear Maxwell, Oldroyd-B, Giesekus, Phan-Thien-Tanner (PTT), the Finitely Extensible Nonlinear Elastic (FENE-P and FENE-CR), and DCPP constitutive equations have been implemented, in single and the multimode form. Among the various available methodologies to solve the problem of obtaining stable solutions to high Weissenberg values, the DEVSS was chosen due to its stability and application to complex models. The viscoelasticFluidFoam solver was tested by comparing its predictions with experimental and numerical data from literature for the analysis of a planar 4:1 contraction flow. These tests have shown the great potential of this solver for application both in academia and in industry.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do efeito da corrosão no comportamento geotécnico de condutos enterrados através da utilização de ensaios em modelos reduzidos. Foram empregados diferentes padrões de corrosão, em que se variou o grau e a localização da corrosão. Os resultados do trabalho mostram as localizações mais danosas à estrutura, correlacionando resultados dos tubos corroídos com os de tubos intactos. O duto danificado desencadeou um carregamento assimétrico que deve ser considerado para a prevenção de possíveis deslocamentos. Finalmente, o trabalho avalia a influência conjunta da corrosão e da flexibilidade do conduto no comportamento mecânico das tubulações enterradas. De modo a permitir comparações para averiguar a validade do modelo laboratorial adotado, utilizaram-se simulações numéricas, que possibilitam o estudo do problema de forma mais abrangente. / This work evaluates the influence of corrosion effect on the geotechnical behavior of underground conduits. Small-scale tests were carried out on two different types of pipes, in which the degree and location of the corrosion were changed. The results show the most harmful corrosion locations relative to the intact conduits. The damaged conduits built in and located under asymmetric condition behave as if they were subjected to an asymmetric loading condition and this must be considered to the prevention of possible displacements. Finally, the work evaluates the joined influence of the corrosion and conduit\'s flexibility on the mechanical behavior of underground pipelines. To allow comparisons to inquire the validation of the adopted laboratorial model, numeric simulations were used, which enable the study of the problem considering other corrosion layouts.

Le bruit de frottement de deux surfaces rugueuses est dû à la vibration verticale engendrée par les impacts inter-aspérités de deux solides glissants. Il relève de la physique des interfaces multicontact dont les propriétés sont encore largement méconnues. L'objet de cette thèse est de comprendre les mécanismes de transfert d'énergie et de génération des vibrations à l'œuvre à l'interface entre deux surfaces rugueuses en glissement relatif. Ces interfaces présentent des spots de contact qui se renouvellent très rapidement mais dont la physique statistique reste à découvrir. Un outil numérique est spécialement développé pour étudier efficacement ce phénomène aux échelles microscopique et macroscopique. Les simulations sont effectuées à l'aide de centres de calcul haute performance à Lyon. Elles ont mené aux conclusions suivantes. Le niveau de la vibration Lv (dB) est une fonction croissante du logarithme de la rugosité de surface Ra et de la vitesse de glissement V, ce qui est en accord avec les résultats expérimentaux issus de la littérature. De plus, grâce à cet outil numérique, on a pu analyser précisément les chocs entre surfaces définis à partir de l'évolution temporelle de la force de contact. Leur durée est de l'ordre de 0.1 ms, la force maximale de contact peut atteindre 100 fois le poids propre du solide glissant, et le nombre de chocs est de l'ordre de 10000 par seconde pour une surface de l'ordre de 4 cm2. Les chocs sont donc des excitations transitoires brèves mais nombreuses et intenses. Ces chocs se comportent comme les sources d'énergie vibratoire qui sont responsables d'un transfert d'énergie à l'interface. C'est en effet la transformation de l'énergie cinétique du mouvement solide glissant en énergie vibratoire qui est responsable du bruit de frottement. / The friction noise between two rough surfaces is caused by the vertical vibration generated by inter-asperity impacts of sliding solids. This phenomenon involves the physics of multicontact interfaces, a field which is largely unknown. The purpose of this thesis is to understand the mechanisms of noise generation and the energy transfer process between two rough surfaces in sliding contact. The contact spots in the interface are rapidly renewed during the movement in a random fashion but their statistical properties remain to be discovered. A numerical tool is developed in order to efficiently study this phenomenon at both macroscopic and microscopie scales. The simulations are carried out thanks to the high performance computing centre in Lyon. This study leads to the following conclusions. The vibration level Lv (dB) is an increasing logarithm function of surface roughness Ra and sliding velocity V. This statement is consistent with experimental results available in the literature. Moreover, we can analyze precisely the asperity shocks which are defined from the time evolution of the contact force. The shock duration is of the order of 0.1 ms, the maximal contact force can reach to 100 times the weight of sliding solid, and the shock rate is of the order of 10000 for a surface of 4 cm2 . The asperity shocks are transient excitations, brief but abundant and intensive. These shocks behave like vibrational energy sources and are responsible of the energy transfer in the interface. This is the transformation process of kinetic energy to vibrational energy which is responsible of friction noises.

O objetivo deste trabalho foi o analisar o impacto da resolução dos conjuntos de dados topográficos nas simulações das concentrações de dióxido de enxofre (SO2) emitido por uma fonte localizada no Sul do Brasil. Para isso foram realizadas duas simulações aplicando o modelo regional Weather Research and Forecasting acoplado com a química (WRF/Chem), configurado com duas representações do terreno de diferentes resoluções espaciais. Foram utilizados os dados padrão do modelo com melhor resolução, Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), com aproximadamente 1 km, e inserido no bancos de dados do modelo as informações de terreno em alta-resolução do Radar Shuttle Topography Mission (SRTM) (30 metros). Para as emissões antrópicas do modelo foi elaborado um programa capaz inserir os volumes do poluente SO2 de forma horária expelidos pela chaminé, de acordo com as taxas de emissão medidos diretamente na fonte. O programa representou a emissão do poluente no ponto de grade correspondente a localização e a altura acima da superfície da chaminé da fonte. As simulações foram configuradas com os seguintes esquemas de parametrização: para microfísica de nuvens foi utilizado o Goddard Cumulus Ensemble; os esquemas de radiação de onda longa e curta foram o Goddard e o Rapid Radiative Transfer Model para modelos de circulação geral da atmosfera (MCGA); para a parametrização de cumulus o esquema utilizado foi o Grell 3D Ensemble Scheme; e para os esquemas de camada superficial e camada limite planetária foram utilizados os da teoria da similaridade do Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) e o Yonsey University, respectivamente. A escolha desta combinação de esquemas foi definida a partir de um estudo inicial da sensibilidade do modelo à mudança das parametrizações. Os resultados dos experimentos numéricos alterando a topografia foram validados a partir dos dados de monitoramento das estações meteorológica e da qualidade do ar pertencentes à empresa responsável pelo empreendimento associado à fonte. Foi observado que as simulações com os dados SRTM expressaram o terreno da região de estudo mais próximo à realidade, representando o aspecto heterogêneo do relevo, ressaltando os picos e os vales. Os resultados das validações meteorológicas utilizando os dados topográficos indicaram melhoras nas simulações das variáveis meteorológicas: temperatura, umidade relativa, velocidade do vento e precipitação. Os experimentos com os dados topográficos GTOPO e SRTM no modelo WRF/Chem, configurado com as emissões horárias da fonte de Candiota, reproduziram o comportamento dos ventos para transporte de SO2 até as estações de monitoramento conforme os dados observados. Porém foram identificados padrões diferentes na representação das concentrações do poluente entre as duas simulações do modelo, associados aos escoamentos dos ventos representados pelos experimentos. A resolução da topografia afetou na simulação de SO2 devido ao aumento da forçante superficial induzida pelo terreno. Este aumento na forçante, influenciou a advecção da pluma de SO2, resultando em diferentes padrões das concentrações de SO2 no ponto de grade correspondente às estações de monitoramento. Contudo, os resultados das simulações das concentrações de SO2, tanto de forma horária quanto na abordagem das médias diárias, não indicaram uma relação linear entre a utilização de dados em alta resolução e a melhora na representação do SO2 pelo modelo WRF/Chem. / The objective of this work was to analyze the impact of the higher resolution topographic data sets in the simulations of the Sulfur dioxide (SO2) concentrations emitted by a source located Southern Brazil. Two simulations were performed applying the Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry – WRF/Chem, configured with two representations of the terrain with different spatial resolutions. The standard data of the model with the best resolution (approximately 1 km), Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), and was inserted in the model databases the high-resolution (30 meters) terrain information of the Radar Shuttle Topography Mission (SRTM). For the anthropic emissions of the model, a program was developed capable of inserting the hourly SO2 pollutant volumes expelled by the chimney, according to the emission rates measured directly at the source. The program inserted these emissions into the grid point corresponding to the location and height above the surface of the emission source. The simulations were configured with the following parameterization schemes: for cloud microphysics Goddard Cumulus Ensemble; for the long and short wave radiation treatment it was used the Goddard and the Rapid Radiative Transfer Model for general circulation models; for the cumulus parameterization the scheme it was used the Grell 3D Ensemble Scheme; and for the surface layer and planetary boundary layer schemes, the similarity theory of the Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) and the Yonsey University, respectively. The choice of this combination of schemes was defined from an initial study of the sensitivity of the model to the change of parametrizations. The results of the numerical experiments altering the topography were validated from the monitoring data of the meteorological stations and the air quality belonging to the company responsible for the enterprise associated to the source. It was observed that the simulations with the SRTM data expressed the terrain of the region of study closest to reality, representing the heterogeneous aspect of the terrain, highlighting the peaks and valleys. The results of the meteorological validations using the new topographic data indicated an improvement in the simulations of the meteorological variables: temperature, relative humidity, wind speed and precipitation. The experiments with the GTOPO and SRTM topographic data in WRF/Chem model, configured with the hourly emissions of the Candiota source, reproduced the winds behavior that transported the SO2 to the monitoring stations according to the observed data. However, different patterns were identified in the pollutant concentrations between the two simulations of the model, associated to the wind flows represented by the experiments. The topography resolution affected in the simulation of SO2 due to the increase of the surface forcing induced by the terrain. This increase in the forcing influenced the advection of the SO2 plume, resulting in different patterns of SO2 concentrations at the grid point corresponding to the monitoring stations. However, the results of simulations of SO2 concentrations, both hourly and in the approach of daily averages, did not indicate a linear relationship between the use of high resolution data and the improvement in the representation of SO2 by WRF/Chem model.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do efeito da corrosão no comportamento geotécnico de condutos enterrados através da utilização de ensaios em modelos reduzidos. Foram empregados diferentes padrões de corrosão, em que se variou o grau e a localização da corrosão. Os resultados do trabalho mostram as localizações mais danosas à estrutura, correlacionando resultados dos tubos corroídos com os de tubos intactos. O duto danificado desencadeou um carregamento assimétrico que deve ser considerado para a prevenção de possíveis deslocamentos. Finalmente, o trabalho avalia a influência conjunta da corrosão e da flexibilidade do conduto no comportamento mecânico das tubulações enterradas. De modo a permitir comparações para averiguar a validade do modelo laboratorial adotado, utilizaram-se simulações numéricas, que possibilitam o estudo do problema de forma mais abrangente. / This work evaluates the influence of corrosion effect on the geotechnical behavior of underground conduits. Small-scale tests were carried out on two different types of pipes, in which the degree and location of the corrosion were changed. The results show the most harmful corrosion locations relative to the intact conduits. The damaged conduits built in and located under asymmetric condition behave as if they were subjected to an asymmetric loading condition and this must be considered to the prevention of possible displacements. Finally, the work evaluates the joined influence of the corrosion and conduit\'s flexibility on the mechanical behavior of underground pipelines. To allow comparisons to inquire the validation of the adopted laboratorial model, numeric simulations were used, which enable the study of the problem considering other corrosion layouts.

Cette thèse a pour origine un projet sur l'optimisation de la chimiothérapie, rassemblant trois directeurs: Jean Clairambault, médecin et mathématicien, Michèle Sabbah, biologiste du cancer, et Emmanuel Trélat, mathématicien spécialisé en contrôle optimal. Ainsi, l'essentiel du travail a été motivé par des questions provenant de la biologie ou la thérapie du cancer. Y répondre a nécessité l'utilisation et le développement d'outils empruntés à diverses disciplines mathématiques, parmi lesquelles l'analyse asymptotique d'équations aux dérivées partielles, leur contrôle optimal théorique et numérique. Ces développements ont posé de nouveaux problèmes mathématiques intéressants en eux-mêmes, avec des applications en dynamique adaptative, dynamique des populations, contrôle optimal ou encore analyse numérique. Plus précisément, nous proposons des résultats d'analyse asymptotique pour certaines équations ou systèmes de sélection/mutation et réaction/diffusion non-locaux. Le contrôle Dirichlet des équations monostable et bistable 1D est étudié dans le détail. On considère l'étude numérique et théorique d'un problème de contrôle optimal pour un système représentant des cellules saines et cancéreuses soumises à de la chimiothérapie. Enfin, l'existence d'instabilités de Turing pour un système de Keller-Segel est prouvée. Pour ces équations, nous développons des schémas numériques aux volumes finis qui préservent la positivité, la dissipation de l'énergie, la conservation de la masse et les états stationnaires. / This PhD originates from a joint project on chemotherapy optimisation, bringing together three advisors: Jean Clairambault, medical doctor and mathematician, Michèle Sabbah, cancer biologist, and Emmanuel Trélat, mathematician specialised in optimal control. Most of the work undertaken has thus been motivated by questions from cancer biology or therapy. Answering them has required using and further developing tools from several different mathematical areas, among them the asymptotic analysis for partial differential equations, and theoretical and numerical optimal control. These developments have in turn posed new mathematical problems, interesting in their own right, with applications in the mathematical fields of adaptive dynamics, population dynamics, optimal control or numerical analysis. More precisely, we propose results of asymptotic analysis for some selection/mutation and reaction/diffusion non-local equations or systems. The Dirichlet control towards homogeneous states of 1D monostable and bistable equations is investigated in detail. A numerical and theoretical analysis for an optimal control is performed on a system representing cancer and healthy cells exposed to chemotherapy. Finally, Turing instabilities are shown to be exhibited by some Keller-Segel equations, for which we design finite-volume numerical schemes preserving positivity, energy dissipation, mass conservation and steady states.

This thesis deals with influence of ceramic filters on metal streaming in running systems. The purpose of this thesis is to investigate the influence of porosity, thickness of ceramic filters and also viscocity of molten metal on mold filling. Hydraulic resistance of ceramic filters and possibility of its use in numeric simulation is also tested. At the beginning of the thesis there is theoretic analysis of filtration which inlcudes inclusions in cast irons, filtration matters, gatting systems design, hydraulic resistance and numeric simulation. The second experimental part of this thesis is focused on measuring shedding of molten grey cast iron and ductile iron through gatting systems with filters which are labelled VUKOPOR S. The experimental part then deals with evaluation of experiments results, calculation of hydraulic resistance and numeric simulation with the use of measured data.