This study seeks to prove the usefulness of the Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) method as complementary data to conventional geotechnical and geological data in the characterization of areas of landslide risk. The setting is located in a low income housing neighborhood in the city of Campos do Jordão, state of São Paulo, Brazil. The area was devastated by numerous landslides between December 1999 to January 2000 after heavy rainfall in the area. The landslides in this area are known to be shallow. Refraction and MASW surveys were performed in this research and then processed to obtain seismic velocity profiles of the subsurface. In order to better identify the fundamental mode of the Rayleigh wave, separate surveys isolating the vertical and radial components of the Rayleigh wave were performed. By comparing the inverted shear wave ( ) and compressional wave ( ) profiles with the already known geotechnical and geological data of the site, a better understanding of the geological interfaces that constitute the landslide prone area is obtained. / Este estudo busca demonstrar a aplicabilidade do método de análise multicanal de ondas superficiais (MASW) e a importância da integração de seus resultados com os da investigação geológica-geotécnica para a caracterização de áreas sujeitas a deslizamentos de terra. O local de estudo situa-se em uma área residencial com precárias condições de infraestrutura urbana na cidade de Campos do Jordão, estado de São Paulo, Brasil. Na área houve vários episódios de escorregamento entre dezembro de 1999 e janeiro de 2000 após a ocorrência de chuvas intensas. Os escorregamentos nesta área são classificados como rasos. Nesta pesquisa foram realizados ensaios de sísmica de refração e MASW e gerados perfis e seções de velocidade de propagação das ondas sísmicas. Para obter uma melhor identificação do modo fundamental da onda Rayleigh foram realizadas diferentes aquisições visando ao registro das componentes vertical e radial do movimento da onda. A integração dos perfis de velocidades da onda cisalhante (VS) e da onda compressional (VP) com os dados geológicos e geotécnicos obtidos anteriormente permitiu aprimorar o mapeamento das interfaces geológicas importantes para o estudo dos processos de escorregamento do local.

This study seeks to prove the usefulness of the Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) method as complementary data to conventional geotechnical and geological data in the characterization of areas of landslide risk. The setting is located in a low income housing neighborhood in the city of Campos do Jordão, state of São Paulo, Brazil. The area was devastated by numerous landslides between December 1999 to January 2000 after heavy rainfall in the area. The landslides in this area are known to be shallow. Refraction and MASW surveys were performed in this research and then processed to obtain seismic velocity profiles of the subsurface. In order to better identify the fundamental mode of the Rayleigh wave, separate surveys isolating the vertical and radial components of the Rayleigh wave were performed. By comparing the inverted shear wave ( ) and compressional wave ( ) profiles with the already known geotechnical and geological data of the site, a better understanding of the geological interfaces that constitute the landslide prone area is obtained. / Este estudo busca demonstrar a aplicabilidade do método de análise multicanal de ondas superficiais (MASW) e a importância da integração de seus resultados com os da investigação geológica-geotécnica para a caracterização de áreas sujeitas a deslizamentos de terra. O local de estudo situa-se em uma área residencial com precárias condições de infraestrutura urbana na cidade de Campos do Jordão, estado de São Paulo, Brasil. Na área houve vários episódios de escorregamento entre dezembro de 1999 e janeiro de 2000 após a ocorrência de chuvas intensas. Os escorregamentos nesta área são classificados como rasos. Nesta pesquisa foram realizados ensaios de sísmica de refração e MASW e gerados perfis e seções de velocidade de propagação das ondas sísmicas. Para obter uma melhor identificação do modo fundamental da onda Rayleigh foram realizadas diferentes aquisições visando ao registro das componentes vertical e radial do movimento da onda. A integração dos perfis de velocidades da onda cisalhante (VS) e da onda compressional (VP) com os dados geológicos e geotécnicos obtidos anteriormente permitiu aprimorar o mapeamento das interfaces geológicas importantes para o estudo dos processos de escorregamento do local.

O método da análise multicanal de ondas superficiais foi empregado em um estudo de caso no sítio controlado do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo - IAG-USP, localizado no campus Butantã, São Paulo, em terrenos da bacia sedimentar de São Paulo. O estudo visou à investigação geológica rasa, ou seja, ao mapeamento dos estratos sedimentares presentes e do contato sedimentos-embasamento. Além disso, procurou-se, através de testes de diversos parâmetros de aquisição, chegar-se a uma rotina para a aquisição e tratamento dos dados provenientes de fontes ativas (marreta e queda de peso) e passivas (tráfego de veículos) que possa ser indicada para ensaios em outras áreas da cidade de São Paulo que apresentem condições semelhantes às da área estudada. Na aquisição com fontes ativas foram registrados dados com diversos offsets mínimos e na passiva foi aplicada a técnica Passive Roadside com o arranjo de geofones disposto próximo e paralelamente à via de tráfego. Foram realizadas as etapas de pré-processamento dos dados, geração das imagens de dispersão, extração das curvas de dispersão e inversão. A combinação de imagens geradas a partir de dados adquiridos com diferentes fontes resultou numa imagem com melhor razão sinal-ruído, e consequentemente na produção de melhores curvas que foram invertidas para a geração dos perfis 1D das velocidades da onda S. De modo geral, os perfis de velocidades obtidos a partir dos dados obtidos com o emprego de uma marreta para geração da onda mapearam as interfaces geológicas mais superficiais, já os perfis resultantes dos dados adquiridos com o uso de uma fonte tipo queda de peso alcançaram profundidades maiores, por vezes amostrando o embasamento. No caso das fontes passivas, as principais interfaces de contato foram imageadas, conseguindo-se com sucesso o mapeamento do embasamento, que na área está a mais de 50 metros de profundidade. Correlações com o perfil litológico e de dados de ensaios SPT de um furo de sondagem localizado no centro do arranjo revelaram que as diferenças na determinação da profundidade das interfaces foram menores do que 10%. Desta forma, o método mostrou ser uma ferramenta prática e eficiente nas aplicações geotécnicas, principalmente em ix áreas urbanas onde o ruído é elevado, o que muitas vezes inviabiliza o uso da investigação sísmica convencional (refração ou reflexão). / The multichannel analysis of surface waves (MASW) method was employed in a case study on the controlled site in the Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG), University of São Paulo (USP), located on the campus Butantã, São Paulo, in the grounds of the sedimentary basin São Paulo. The study aimed to shallow geological investigation, in other words, mapping of sedimentary strata present and the sediment-basement contact. In addition, It is sought to, by testing with different acquisition parameters, to get a routine for the acquisition and processing of data from active sources (sledgehammer and drop weight) and passive (vehicle traffic) that can be suitable for testing in other areas of the city of São Paulo who have similar conditions of the study area. In the acquisition with active sources were registered data with many different offsets and passive acquisition has been applied to the Passive Roadside MASW technique with the conventional linear receiver array disposed near and parallel to the traffic lane. Were performed, pre-processing of the data, generation of images of dispersion, extraction of dispersion curves and inversion. The combination of images generated based on data acquired from various sources resulted in image with improved signal to noise ratio and consequently in the production of finest curves that have been inverted to generate the 1D shear-wave velocities profiles. In general, the velocity profiles obtained from the data were acquired with the use of a sledgehammer to the wave generation mapped shallowest geological interfaces, but the resulting profiles of the acquired data using a font type \"drop weight\" reached greater depths, sometimes sampling the basement. In the case of passive sources, the main contact interfaces were imaged, achieving successful mapping of the basement, which in this area is over 50 meters deep. Correlations with the lithological profile and SPT data from a borehole located in the center of the array revealed that the differences in the depth determination of the interfaces was less than 10%. Thus, the method showed to be an efficient and practical tool in geotechnical applications, especially in urban areas where the noise is high, which often prevents the use of conventional seismic survey (reflection or refraction).

O método da análise multicanal de ondas superficiais foi empregado em um estudo de caso no sítio controlado do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo - IAG-USP, localizado no campus Butantã, São Paulo, em terrenos da bacia sedimentar de São Paulo. O estudo visou à investigação geológica rasa, ou seja, ao mapeamento dos estratos sedimentares presentes e do contato sedimentos-embasamento. Além disso, procurou-se, através de testes de diversos parâmetros de aquisição, chegar-se a uma rotina para a aquisição e tratamento dos dados provenientes de fontes ativas (marreta e queda de peso) e passivas (tráfego de veículos) que possa ser indicada para ensaios em outras áreas da cidade de São Paulo que apresentem condições semelhantes às da área estudada. Na aquisição com fontes ativas foram registrados dados com diversos offsets mínimos e na passiva foi aplicada a técnica Passive Roadside com o arranjo de geofones disposto próximo e paralelamente à via de tráfego. Foram realizadas as etapas de pré-processamento dos dados, geração das imagens de dispersão, extração das curvas de dispersão e inversão. A combinação de imagens geradas a partir de dados adquiridos com diferentes fontes resultou numa imagem com melhor razão sinal-ruído, e consequentemente na produção de melhores curvas que foram invertidas para a geração dos perfis 1D das velocidades da onda S. De modo geral, os perfis de velocidades obtidos a partir dos dados obtidos com o emprego de uma marreta para geração da onda mapearam as interfaces geológicas mais superficiais, já os perfis resultantes dos dados adquiridos com o uso de uma fonte tipo queda de peso alcançaram profundidades maiores, por vezes amostrando o embasamento. No caso das fontes passivas, as principais interfaces de contato foram imageadas, conseguindo-se com sucesso o mapeamento do embasamento, que na área está a mais de 50 metros de profundidade. Correlações com o perfil litológico e de dados de ensaios SPT de um furo de sondagem localizado no centro do arranjo revelaram que as diferenças na determinação da profundidade das interfaces foram menores do que 10%. Desta forma, o método mostrou ser uma ferramenta prática e eficiente nas aplicações geotécnicas, principalmente em ix áreas urbanas onde o ruído é elevado, o que muitas vezes inviabiliza o uso da investigação sísmica convencional (refração ou reflexão). / The multichannel analysis of surface waves (MASW) method was employed in a case study on the controlled site in the Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG), University of São Paulo (USP), located on the campus Butantã, São Paulo, in the grounds of the sedimentary basin São Paulo. The study aimed to shallow geological investigation, in other words, mapping of sedimentary strata present and the sediment-basement contact. In addition, It is sought to, by testing with different acquisition parameters, to get a routine for the acquisition and processing of data from active sources (sledgehammer and drop weight) and passive (vehicle traffic) that can be suitable for testing in other areas of the city of São Paulo who have similar conditions of the study area. In the acquisition with active sources were registered data with many different offsets and passive acquisition has been applied to the Passive Roadside MASW technique with the conventional linear receiver array disposed near and parallel to the traffic lane. Were performed, pre-processing of the data, generation of images of dispersion, extraction of dispersion curves and inversion. The combination of images generated based on data acquired from various sources resulted in image with improved signal to noise ratio and consequently in the production of finest curves that have been inverted to generate the 1D shear-wave velocities profiles. In general, the velocity profiles obtained from the data were acquired with the use of a sledgehammer to the wave generation mapped shallowest geological interfaces, but the resulting profiles of the acquired data using a font type \"drop weight\" reached greater depths, sometimes sampling the basement. In the case of passive sources, the main contact interfaces were imaged, achieving successful mapping of the basement, which in this area is over 50 meters deep. Correlations with the lithological profile and SPT data from a borehole located in the center of the array revealed that the differences in the depth determination of the interfaces was less than 10%. Thus, the method showed to be an efficient and practical tool in geotechnical applications, especially in urban areas where the noise is high, which often prevents the use of conventional seismic survey (reflection or refraction).

Orientador: Luiz Carlos Kretly / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:03:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AlexandreManoelPereiraAlvesda_M.pdf: 14756609 bytes, checksum: ad91425354633bd0037eb2f2b0b7606c (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho descreve a aplicação da tecnologia de estruturas EBG, Electromagnetic BandGap, em antenas para sistemas de comunicações móveis. Essa tecnologia pode ser adotada nos diversos sistemas de comunicações móveis de 3G e 4G; em ERBs (Estações Rádio-Base), picoERBs e terminais móveis; em padrões como WLAN, Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX (IEEE802.16), entre outros. São projetadas, simuladas e analisadas, estruturas EBG com configurações de célu Ias quadradas e hexagonais, com um e dois níveis, aplicadas a antenas planares do tipo patch e PIFA, e em um arranjo de antenas PIFA. Mostra-se que, utilizando tais estruturas, há melhorias no desempenho da antena, como no ganho, na eficiência e, principalmente, na faixa de operação. Como inovação, introduz-se o Local Ground Plane, um plano de terra contínuo de área reduzida, localizado, somente, sob o elemento radiador e que proporcionou uma grande melhoria nas características das antenas. / Abstract: This work describes the application of EBG, Electromagnetic Band-Gap, structures on antennas for mobile communication systems. This technology can be used in both 3G and 4G mobile communication systems; for base stations, pico ba..c;;e stations, and mobile terminaIs; on WLAN, Wi-Fi, Bleutooth, WiMAX (IEEE802.16a), and other technologies. EBG structures are designed, simulated, and analyzed on square and hexagonal cell configurations, with one or two levels, applied on planar antennas, such as, patch and PIFA, as well as, on a PIFA antenna array. It is shown that the use of these structures can improve the antenna performance, such a..c;; on the gain, the efficiency, and, mainly, on the bandwidth. As an innovation, it is presented the Local Ground Plane, which is a contiguous ground plane with a very small area, placed just below the radiator and it provides a great improvement on the antenna characteristics. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Este trabalho apresenta uma investigação experimental do escoamento induzido pela interação entre uma pluma de bolhas e um escoamento cruzado oscilatório. Condições de escoamento similares podem ser encontrados em processos de aeração artificial utilizados na mitigação da poluição nos rios e na representação de vazamento de gás natural no fundo dos oceanos. No presente trabalho, ondas superficiais controladas foram inseridas em um canal de água para gerar oscilações na corrente do escoamento cruzado. As ondas foram geradas a partir de uma placa móvel na superfície da água e determinadas condições de escoamento instável foram selecionadas para a investigação. O ar foi injetado pelo fundo do canal para formar a pluma de bolhas. A técnica Particle Image Velocimetry (PIV) foi empregada para medir a velocidade do escoamento. Antes da estimativa da velocidade, as imagens foram pré-processadas aplicando-se rotinas desenvolvidas no Matlab a fim de distinguir as partículas traçadoras das bolhas de ar e criar máscaras dinâmicas para as imagens do sistema PIV. Assim, o campo vetorial de velocidade foi estimado utilizando algoritmos padrão do PIV. Além disso, as propriedades das bolhas, como tamanho e velocidade, também foram estimadas a partir das imagens adquiridas. Finalmente, foi analisada a interação entre a pluma de bolhas com o escoamento cruzado instável. / [en] This work presents an experimental investigation of the flow field induced by the interaction between a bubble plume and an oscillating cross flow. Similar flow conditions can be found in artificial aeration processes used for mitigation of pollution contamination in rivers and submarine outfalls in coastal areas. The mixing zone is highly dependent of the flow field near the plume hence the efficiency of aeration processes. In the present work, controlled surface waves were introduced to generate oscillations in streamwise and wall normal components of the cross flow. The waves were excited with a moving paddle and unsteady flow conditions were selected for the investigation. Air was injected in the bottom wall of the water channel to form the bubble plume. Particle Image Velocimetry (PIV) techniques were employed to measure the velocity flow field. Prior to velocity estimation, images were pre-processed using Matlab routines in order to distinguish tracer particles from air bubbles and to create a dynamic mask for the PIV images. Thus, the velocity vector field was estimated using standard PIV algorithms. In addition, properties of the bubbles, such as size and velocity, were also estimated from the acquired images. Finally, the interaction between the bubble plume with the unsteady cross flow was analyzed.

Os métodos de ondas superficiais com ênfase nas ondas Rayleigh foram utilizados como o núcleo desse trabalho de Doutorado. Inicialmente, as ondas Rayleigh foram modeladas permitindo o estudo de sensibilidade de suas curvas de dispersão sob diferentes configurações de parâmetros físicos representando diversos modelos de camadas, em que pôde ser observado parâmetros com maior e menor sensibilidade e também alguns efeitos provocados por baixas razões de Poisson. Além disso, na fase de inversão dos dados a modelagem das ondas Rayleigh foi utilizada para a construção da função objeto, que agregada ao método de mínimos quadrados, a partir do método de Levenberg-Marquardt, permitiu a implementação de um algoritmo de busca local responsável pela inversão de dados das ondas superficiais. Por se tratar de um procedimento de busca local, o algoritmo de inversão foi complementado por uma etapa de pré-inversão com a geração de um modelo inicial para que o procedimento de inversão fosse mais rápido e eficiente. Visando uma eficiência ainda maior do procedimento de inversão, principalmente em modelos de camadas com inversão de velocidades, foi implementado um algoritmo de pós-inversão baseado em um procedimento de tentativa e erro minimizando os valores relativos da raiz quadrada do erro quadrático médio (REQMr) da inversão dos dados. Mais de 50 modelos de camadas foram utilizados para testar a modelagem, a pré-inversão, inversão e pós-inversão dos dados permitindo o ajuste preciso de parâmetros matemáticos e físicos presentes nos diversos scripts implementados em Matlab. Antes de inverter os dados adquiridos em campo, os mesmos precisaram ser tratados na etapa de processamento de dados, cujo objetivo principal é a extração da curva de dispersão originada devido às ondas superficiais. Para isso, foram implementadas, também em Matlab, três metodologias de processamento com abordagens matemáticas distintas. Essas metodologias foram testadas e avaliadas com dados sintéticos e reais em que foi possível constatar as virtudes e deficiências de cada metodologia estudada, bem como as limitações provocadas pela discretização dos dados de campo. Por último, as etapas de processamento, pré-inversão, inversão e pós-inversão dos dados foram unificadas para formar um programa de tratamento de dados de ondas superficiais (Rayleigh). Ele foi utilizado em dados reais originados pelo estudo de um problema geológico na Bacia de Taubaté em que foi possível mapear os contatos geológicos ao longo dos pontos de aquisição sísmica e compará-los a um modelo inicial existente baseado em observações geomorfológicas da área de estudos, mapa geológico da região e informações geológicas globais e locais dos movimentos tectônicos na região. As informações geofísicas associadas às geológicas permitiram a geração de um perfil analítico da região de estudos com duas interpretações geológicas confirmando a suspeita de neotectônica na região em que os contatos geológicos entre os depósitos Terciários e Quaternários foram identificados e se encaixaram no modelo inicial de hemi-graben com mergulho para Sudeste. / The surface wave methods to Rayleigh waves were used as the center of this Doctoral work. Initially, the Rayleigh waves were modeled, what enabled the study of the sensitivity of dispersion curves about different sets of physical parameters representing several layer models, wherein it could be observed parameters with higher and lower sensitivity and also some effects caused by low Poisson ratios. Moreover, in the data inversion step the Rayleigh modeling was used for the construction of the object function, that aggregate to the least-squares method, by Levenberg-Marquardt, allowed the implementation of a local search algorithm responsible for data inversion of the surface waves. By reason of being a local search procedure, the data inversion algorithm was complemented with a pre-inversion step wherein an initial model was generated so that the inversion procedure was faster and efficient. Seeking a more efficiency of the inversion procedure, mainly to layer models with velocities inversion, it was implemented a post-inversion algorithm based in a trial and error procedure minimizing the values of the relative Root Mean Squared Error (rRMSE) of the data inversion. More than 50 layer models were used to test the data modeling, pre-inversion, inversion and post-inversion allowing the precise fit of the mathematical and physical parameters present in the several scripts implemented in Matlab. Before to invert the field-acquired data, they need to be treated in the data processing step, whose main aim is the extraction of the dispersion curve caused due the surface waves. For this, three processing methodologies with different mathematical approaches were implemented, also in Matlab. These methodologies were tested and evaluated with synthetic and real data and it was possible to find their strengths and weaknesses, as well as the limitations caused by discretization of the field data. Lastly, the data processing, pre-inversion, inversion and post-inversion steps were unified to form a complete data treatment program of surface waves (Rayleigh). It was used to real data originated by study of a geological problem in the Bacia de Taubaté wherein it was possible to map the geologic contacts along of the seismic acquisition points. The results were compared to an existing initial model based in geomorphological observations of the study area, geological map and global and local geologic information of the tectonic movements in the region. The geophysical The surface wave methods to Rayleigh waves were used as the center of this Doctoral work. Initially, the Rayleigh waves were modeled, what enabled the study of the sensitivity of dispersion curves about different sets of physical parameters representing several layer models, wherein it could be observed parameters with higher and lower sensitivity and also some effects caused by low Poisson ratios. Moreover, in the data inversion step the Rayleigh modeling was used for the construction of the object function, that aggregate to the least-squares method, by Levenberg-Marquardt, allowed the implementation of a local search algorithm responsible for data inversion of the surface waves. By reason of being a local search procedure, the data inversion algorithm was complemented with a pre-inversion step wherein an initial model was generated so that the inversion procedure was faster and efficient. Seeking a more efficiency of the inversion procedure, mainly to layer models with velocities inversion, it was implemented a post-inversion algorithm based in a trial and error procedure minimizing the values of the relative Root Mean Squared Error (rRMSE) of the data inversion. More than 50 layer models were used to test the data modeling, pre-inversion, inversion and post-inversion allowing the precise fit of the mathematical and physical parameters present in the several scripts implemented in Matlab. Before to invert the field-acquired data, they need to be treated in the data processing step, whose main aim is the extraction of the dispersion curve caused due the surface waves. For this, three processing methodologies with different mathematical approaches were implemented, also in Matlab. These methodologies were tested and evaluated with synthetic and real data and it was possible to find their strengths and weaknesses, as well as the limitations caused by discretization of the field data. Lastly, the data processing, pre-inversion, inversion and post-inversion steps were unified to form a complete data treatment program of surface waves (Rayleigh). It was used to real data originated by study of a geological problem in the Bacia de Taubaté wherein it was possible to map the geologic contacts along of the seismic acquisition points. The results were compared to an existing initial model based in geomorphological observations of the study area, geological map and global and local geologic information of the tectonic movements in the region. The geophysical information associated with geological information allowed the generation of an analytical profile of the study region with two geological interpretation confirming the suspect of neotectonic movements in the region wherein the geological contacts between the quaternary and tertiary deposits were identified and they agreed with the initial model of a hemi-graben with dip to Southeast.

Os métodos de ondas superficiais com ênfase nas ondas Rayleigh foram utilizados como o núcleo desse trabalho de Doutorado. Inicialmente, as ondas Rayleigh foram modeladas permitindo o estudo de sensibilidade de suas curvas de dispersão sob diferentes configurações de parâmetros físicos representando diversos modelos de camadas, em que pôde ser observado parâmetros com maior e menor sensibilidade e também alguns efeitos provocados por baixas razões de Poisson. Além disso, na fase de inversão dos dados a modelagem das ondas Rayleigh foi utilizada para a construção da função objeto, que agregada ao método de mínimos quadrados, a partir do método de Levenberg-Marquardt, permitiu a implementação de um algoritmo de busca local responsável pela inversão de dados das ondas superficiais. Por se tratar de um procedimento de busca local, o algoritmo de inversão foi complementado por uma etapa de pré-inversão com a geração de um modelo inicial para que o procedimento de inversão fosse mais rápido e eficiente. Visando uma eficiência ainda maior do procedimento de inversão, principalmente em modelos de camadas com inversão de velocidades, foi implementado um algoritmo de pós-inversão baseado em um procedimento de tentativa e erro minimizando os valores relativos da raiz quadrada do erro quadrático médio (REQMr) da inversão dos dados. Mais de 50 modelos de camadas foram utilizados para testar a modelagem, a pré-inversão, inversão e pós-inversão dos dados permitindo o ajuste preciso de parâmetros matemáticos e físicos presentes nos diversos scripts implementados em Matlab. Antes de inverter os dados adquiridos em campo, os mesmos precisaram ser tratados na etapa de processamento de dados, cujo objetivo principal é a extração da curva de dispersão originada devido às ondas superficiais. Para isso, foram implementadas, também em Matlab, três metodologias de processamento com abordagens matemáticas distintas. Essas metodologias foram testadas e avaliadas com dados sintéticos e reais em que foi possível constatar as virtudes e deficiências de cada metodologia estudada, bem como as limitações provocadas pela discretização dos dados de campo. Por último, as etapas de processamento, pré-inversão, inversão e pós-inversão dos dados foram unificadas para formar um programa de tratamento de dados de ondas superficiais (Rayleigh). Ele foi utilizado em dados reais originados pelo estudo de um problema geológico na Bacia de Taubaté em que foi possível mapear os contatos geológicos ao longo dos pontos de aquisição sísmica e compará-los a um modelo inicial existente baseado em observações geomorfológicas da área de estudos, mapa geológico da região e informações geológicas globais e locais dos movimentos tectônicos na região. As informações geofísicas associadas às geológicas permitiram a geração de um perfil analítico da região de estudos com duas interpretações geológicas confirmando a suspeita de neotectônica na região em que os contatos geológicos entre os depósitos Terciários e Quaternários foram identificados e se encaixaram no modelo inicial de hemi-graben com mergulho para Sudeste. / The surface wave methods to Rayleigh waves were used as the center of this Doctoral work. Initially, the Rayleigh waves were modeled, what enabled the study of the sensitivity of dispersion curves about different sets of physical parameters representing several layer models, wherein it could be observed parameters with higher and lower sensitivity and also some effects caused by low Poisson ratios. Moreover, in the data inversion step the Rayleigh modeling was used for the construction of the object function, that aggregate to the least-squares method, by Levenberg-Marquardt, allowed the implementation of a local search algorithm responsible for data inversion of the surface waves. By reason of being a local search procedure, the data inversion algorithm was complemented with a pre-inversion step wherein an initial model was generated so that the inversion procedure was faster and efficient. Seeking a more efficiency of the inversion procedure, mainly to layer models with velocities inversion, it was implemented a post-inversion algorithm based in a trial and error procedure minimizing the values of the relative Root Mean Squared Error (rRMSE) of the data inversion. More than 50 layer models were used to test the data modeling, pre-inversion, inversion and post-inversion allowing the precise fit of the mathematical and physical parameters present in the several scripts implemented in Matlab. Before to invert the field-acquired data, they need to be treated in the data processing step, whose main aim is the extraction of the dispersion curve caused due the surface waves. For this, three processing methodologies with different mathematical approaches were implemented, also in Matlab. These methodologies were tested and evaluated with synthetic and real data and it was possible to find their strengths and weaknesses, as well as the limitations caused by discretization of the field data. Lastly, the data processing, pre-inversion, inversion and post-inversion steps were unified to form a complete data treatment program of surface waves (Rayleigh). It was used to real data originated by study of a geological problem in the Bacia de Taubaté wherein it was possible to map the geologic contacts along of the seismic acquisition points. The results were compared to an existing initial model based in geomorphological observations of the study area, geological map and global and local geologic information of the tectonic movements in the region. The geophysical The surface wave methods to Rayleigh waves were used as the center of this Doctoral work. Initially, the Rayleigh waves were modeled, what enabled the study of the sensitivity of dispersion curves about different sets of physical parameters representing several layer models, wherein it could be observed parameters with higher and lower sensitivity and also some effects caused by low Poisson ratios. Moreover, in the data inversion step the Rayleigh modeling was used for the construction of the object function, that aggregate to the least-squares method, by Levenberg-Marquardt, allowed the implementation of a local search algorithm responsible for data inversion of the surface waves. By reason of being a local search procedure, the data inversion algorithm was complemented with a pre-inversion step wherein an initial model was generated so that the inversion procedure was faster and efficient. Seeking a more efficiency of the inversion procedure, mainly to layer models with velocities inversion, it was implemented a post-inversion algorithm based in a trial and error procedure minimizing the values of the relative Root Mean Squared Error (rRMSE) of the data inversion. More than 50 layer models were used to test the data modeling, pre-inversion, inversion and post-inversion allowing the precise fit of the mathematical and physical parameters present in the several scripts implemented in Matlab. Before to invert the field-acquired data, they need to be treated in the data processing step, whose main aim is the extraction of the dispersion curve caused due the surface waves. For this, three processing methodologies with different mathematical approaches were implemented, also in Matlab. These methodologies were tested and evaluated with synthetic and real data and it was possible to find their strengths and weaknesses, as well as the limitations caused by discretization of the field data. Lastly, the data processing, pre-inversion, inversion and post-inversion steps were unified to form a complete data treatment program of surface waves (Rayleigh). It was used to real data originated by study of a geological problem in the Bacia de Taubaté wherein it was possible to map the geologic contacts along of the seismic acquisition points. The results were compared to an existing initial model based in geomorphological observations of the study area, geological map and global and local geologic information of the tectonic movements in the region. The geophysical information associated with geological information allowed the generation of an analytical profile of the study region with two geological interpretation confirming the suspect of neotectonic movements in the region wherein the geological contacts between the quaternary and tertiary deposits were identified and they agreed with the initial model of a hemi-graben with dip to Southeast.

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Ap?s a separa??o dos continentes Sul-Americano e Africano, durante o Mesoz?ico formou-se um sistema de riftes no nordeste brasileiro, o qual deu origem ?s bacias marginais e interiores localizadas na Prov?ncia. Depois da separa??o continental, eventos de vulcanismos e epirogenia ocorreram na Prov?ncia, tais como o soerguimento do Planalto da Borborema e o magmatismo ao longo da linha Macau-Queimadas (AMQ), marcando assim a evolu??o da Prov?ncia. As causas do soerguimento do Planalto poderiam estar associadas a um underplating magm?tico (material m?fico preso na base da crosta), talvez relacionado com a gera??o de plugs continentais jovens (45-7 Ma) ao longo do AMQ devido a um mecanismo de convec??o em pequena escala na borda do continente. O objetivo deste trabalho ? investigar as causas do soerguimento intra-placa e sua poss?vel rela??o com o vulcanismo AMQ utilizando sismologia de banda larga, tendo em conta a correla??o de nossos resultados com estudos geof?sicos e geol?gicos realizados na Prov?ncia Borborema. As metodologias de banda larga para investigar a estrutura profunda na Prov?ncia incluem as fun??es do receptor e velocidade de dispers?o das ondas de superf?cie. Tanto as fun??es de receptor quanto a tomografia de dispers?o de ondas superficiais s?o m?todos que utilizam eventos teless?smicos e permitem obter estimativas de par?metros estruturais como espessura crustal, raz?o Vp/Vs e velocidade de onda S. Os sismogramas utilizados neste trabalho para as fun??es do receptor foram obtidas de 52 esta??es localizadas no Nordeste do Brasil: 16 esta??es de banda larga da rede RSISNE (Rede Sismogr?fica do Nordeste do Brasil), 21 esta??es de per?odo curto da rede INCT-ET (Instituto Nacional de Ci?ncia e Tecnologia ? Estudos Tect?nicos) e 6 esta??es de banda larga. Estes resultados acrescentam significativamente dados anteriores coletados em esta??es isoladas como a esta??o RCBR, da rede global GSN, as esta??es banda v larga CAUB e AGBL do projeto BLSP (Brazilian Lithosphere Seismic Project IAG/USP) e de 6 esta??es banda larga do projeto Mil?nio (Estudos geof?sicos e tect?nicos na Prov?ncia Borborema - CNPq). Para dispers?o de ondas de superf?cie foram usados sismogramas de 22 esta??es: 16 esta??es de banda larga da rede RSISNE, bem como das 6 esta??es banda larga do projeto Mil?nio. Neste trabalho foram desenvolvidas: (i) estimativas de espessura crustal e raz?o Vp/Vs para cada esta??o usando as fun??es do receptor, (ii) novas medidas de velocidade de grupo de ondas de superf?cie, que foram integradas com os percursos usados em uma tomografia da Am?rica do Sul, j? desenvolvida, para ampliar a resolu??o no Nordeste Brasileiro e (iii) modelos de velocidades de onda S (1D) para v?rios locais na Prov?ncia Borborema usando a invers?o simult?nea de fun??es do receptor com velocidades de dispers?o. Os resultados descrevem velocidades de onda S para a base da crosta que s?o consistentes com a presen?a de uma camada m?fica de 5-7.5 km de espessura. Foi observada a camada m?fica em apenas uma por??o da regi?o do planalto (parte sul) e aus?ncia da mesma na parte norte. Outra observa??o importante e que corrobora estudos de fun??es do receptor e refra??o s?smica s?o as diferentes espessuras crustais, tamb?m dividindo o planalto em uma parte de crosta fina (parte norte) e outra parte de crosta espessa (parte sul). Os modelos existentes para evidenciar a epirogenia n?o conseguem explicar todas essas observa??es. Sendo assim, prop?e-se que durante a orogenia Brasiliana, uma camada de material m?fico pr?-existente foi delaminada, total ou parcialmente, da crosta. A delamina??o parcial teria acontecido na parte sul do planalto, onde estudos independentes evidenciaram uma reologia mais resistente ? deforma??o. Ap?s isso, durante o Mesoz?ico e consequente processo de rifteamento houve afinamento da crosta da regi?o costeira e depress?o sertaneja, incluindo a parte norte do planalto. J? no Cenoz?ico, o soerguimento da parte norte do planalto teria ocorrido e o resultado seria uma parte norte sem material m?fico na base da crosta e parte sul com camada m?fica parcialmente delaminada,mas ambos com topografia elevada at? os dias atuais. / The Borborema Province, located in northeastern Brazil, has a basement of Precambrian age and a tectonic framework structured at the Neoproterozoic (740-560 Ma). After separation between South America and Africa during the Mesozoic, a rift system was formed, giving rise to a number of marginal and inland basins in the Province. After continental breakup, episodes of volcanism and uplift characterized the evolution of the Province. Plateau uplift was initially related to magmatic underplating of mafic material at the base of the crust, perhaps related to the generation of young continental plugs (45-7 Ma) along the Macau-Queimadas Alignment (MQA), due to a small-scale convection at the continental edge. The goal of this study is to investigate the causes of intra-plate uplift and its relationship to MQA volcanism, by using broadband seismology and integrating our results with independent geophysical and geological studies in the Borborema Province. The investigation of the deep structure of the Province with broadband seismic data includes receiver functions and surface-wave dispersion tomography. Both the receiver functions and surface-wave dispersion tomography are methods that use teleseismic events and allow to develop estimates of crustal parameters such as crustal thickness, Vp/Vs ratio, and S-velocity structure. The seismograms used for the receiver function work were obtained from 52 stations in Northeast Brazil: 16 broadband stations from the RSISNE network (Rede Sismogr?fica do Nordeste do Brasil), and 21 short-period and 6 broadband stations from the INCT-ET network (Instituto Nacional de Ci?ncia e Tecnologia ? Estudos Tect?nicos). These results add signifi- cantly to previous datasets collected at individual stations in the Province, which include station RCBR (GSN - Global Seismic Network), stations CAUB and AGBL (Brazilian Lithosphere Seismic Project IAG/USP), and 6 other broadband stations that were part of the Projeto Mil?nio - Estudos geof?sicos e tect?nicos na Prov?ncia Borborema/CNPq. For the surface-wave vii tomography, seismograms recorde at 22 broadband stations were utilized: 16 broadband stations from the RSISNE network and 6 broadband stations from the Mil?nio project. The new constraints developed in this work include: (i) estimates of crustal thickness and bulk Vp/Vs ratio for each station using receiver functions; (ii) new measurements of surfassewave group velocity, which were integrated to existing measurementes from a continental-scale tomography for South America, and (iii) S-wave velocity models (1D) at various locations in the Borborema Province, developed through the simultaneous inversion of receiver functions and surface-wave dispersion velocities. The results display S-wave velocity structure down to the base of the crust that are consistent with the presence of a 5-7.5 km thick mafic layer. The mafic layer was observed only in the southern portion of the Plateau and absent in its northern portion. Another important observation is that our models divide the plateau into a region of thin crust (northern Plateau) and a region of thick crust (southern Plateau), confirming results from independent refraction surveys and receiver function analyses. Existing models of plateau uplift, nonetheless, cannot explain all the new observations. It is proposed that during the Brazilian orogeny a layer of preexisting mafic material was delaminated, as a whole or in part, from the original Brasiliano crust. Partial delamination would have happened in the southern portion of the plateau, where independent studies found evidence of a more resistant rheology. During Mesozoic rifting, thinning of the crust around the southern Plateau would have formed the marginal basins and the Sertaneja depression, which would have included the northern part of the Plateau. In the Cenozoic, uplift of the northern Plateau would have occurred, resulting in a northern Plateau without mafic material at the base of the crust and a southern Plateau with partially delaminated mafic layer.