Orientador: Michael John Brennan / Abstract: The advances in microelectromechanical systems to power supply devices for monitoring the structural integrity, mainly for applications in remote areas or with difficult access, have made energy harvesting from ambient vibration a highly researched topic. Although several electromechanical mechanisms have been proposed for applications in a variety of fields, harvesting energy from railway track vibrations is relatively new, and only a small amount of research is ongoing in this topic. This thesis aims to determine the factors that govern the sleeper vertical vibration induced by a passing train, develop a methodology to emulate this vibration in a laboratory-based system and to derive a model of a load resistance attached to a linear electromagnetic transducer to determine the optimum energy harvested. The study shows the importance of knowing the vibration behaviour of the sleeper in order to tune the energy harvester to the correct excitation frequency. A comparison between piezoelectric and electromagnetic transducers is performed using a two-port network model to determine which transducer performs better for low frequency vibration. To emulate sleeper vibration due to a passing train using an electrodynamic shaker, a compensator filter is designed to remove the system dynamics. An analytical investigation into the energy dissipated by a load resistance attached to an electromagnetic transducer when subject to a time-limited base excitation, which may include the transie... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: Avanços em sistemas micro eletromecânico para fornecer energia à dispositivos para monitoramento de integridade estrutural, principalmente para aplicações em áreas remotas ou de difícil acesso, fez de extração de energia a partir de vibrações contidas no ambiente um tópico de pesquisa em destaque. Apesar de que diversos mecanismos eletromecânicos já foram propostos em uma variedade de aplicações, extração de energia à partir de vibrações em linhas férreas é, relativamente, novo e somente algumas pesquisas estão sendo realizadas sobre esse tópico. Esta Tese busca determinar os fatores que governam a vibração vertical do dormente induzida devido a passagem de um trem, desenvolver uma metodologia para emular esta vibração em um sistema em laboratório e derivar um modelo para um transdutor linear eletromagnético com uma carga resistiva acoplada. O estudo mostrou a importância de conhecer o comportamento vibracional do dormente de modo a sintonizar o extrator de energia com a frequência correta de excitação. Uma comparação entre transdutores piezoelétrico e eletromagnético é realizado utilizando um modelo quadripolo para determinar qual transdutor tem um melhor desempenho para vibrações em baixa frequência. Para emular a vibração do dormente devido a passagem de um trem em um agitador eletrodinâmico, um filtro compensador é projetado para remover a dinâmica do sistema. Uma investigação analítica da energia dissipada pela carga resistiva acoplada à um transdutor eletromagnético qua... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Orientador: Sérgio Kurokawa / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de representação de sistemas de aterramento elétrico diretamente no domínio do tempo, tendo como vantagem os benefícios da modelagem realizada no domínio da frequência, com os resultados fornecidos diretamente no domínio do tempo, sem passar por transformadas inversas (Laplace ou Fourier). Os modelos no domínio do tempo são facilmente inseridos nos softwares convencionais de análise transitória, onde as tensões e correntes são melhor compreendidas. A maior contribuição deste trabalho está no desenvolvimento de uma técnica capaz de representar o aterramento com elementos discretos e positivos de circuitos (resistores-R, capacitores-C e indutores-L). Assim, o circuito equivalente representativo do aterramento será sempre um circuito possível de ser implementado fisicamente. Nesta proposta o aterramento é inicialmente modelado no domínio da frequência, sua impedância harmônica é obtida e representada por meio de elementos discretos de circuitos (RLC) associados em série e/ou paralelo. Aterramentos constituídos por um eletrodo horizontal ou uma haste vertical foram representados por meio de aproximação usando o método dos mínimos quadrados (vector fitting), que permite obter a função racional equivalente à admitância do aterramento, a partir da qual são extraídos os ramos de circuitos e consequentemente o circuito equivalente. Apesar de ser possível representar uma infinidade de aterramentos, dependendo do comprimento e diâmetro do eletrodo/ha... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Estudamos a Eletrodinâmica de Wheeler-Feynman usando um princípio variacional para um funcional de ação finito acoplado a um problema de valor na fronteira. Para trajetórias C2 por trechos, a condição de ponto crítico desse funcional fornece as equações de movimento de Wheeler-Feynman mais uma condição de continuidade dos momentos parciais e energias parciais, conhecida como condição de quina de Weierstrass-Erdmann. Estudamos em detalhe um sub-caso mais simples, onde os dados de fronteira têm um comprimento mínimo. Nesse caso, mostramos que a condição de extremo se reduz a um problema de valor na chegada para uma equação diferencial com retardo misto dependente do estado e do tipo neutro. Resolvemos numericamente esse problema usando um método de shooting e um método de Runge-Kutta de quarta ordem. Para os casos em que as fronteiras mínimas têm velocidades descontínuas, elaboramos uma técnica para resolver as condições de quina de Weierstrass-Erdmann junto com o problema de valor na chegada. As trajetórias com velocidades descontínuas previstas pelo método variacional foram verificadas por experimentos numéricos. Em um segundo desenvolvimento, para o caso mais difícil de fronteiras de comprimento arbitrário, implementamos um método de minimização com gradiente fraco para o princípio variacional e problema de fronteira acima citado. Elaboramos dois métodos numéricos, ambos implementados em MATLAB, para encontrar soluções do problema eletromagnético de dois corpos. O primeiro combina o método de elementos finitos com o método de Newton para encontrar as soluções que anulam o gradiente fraco do funcional para fronteiras genéricas. O segundo usa o método do declive máximo para encontrar as soluções que minimizam a ação. Nesses dois métodos as trajetórias são aproximadas dentro de um espaço de dimensão finita gerado por uma Galerkiana que suporta velocidades descontínuas. Foram realizados diversos testes e experimentos numéricos para verificar a convergência das trajetórias calculada numericamente; também comparamos os valores do funcional calculados numericamente com alguns resultados analíticos sobre órbitas circulares. / We study the Wheeler-Feynman electrodynamics using a variational principle for an action functional coupled to a finite boundary value problem. For piecewise C2 trajectories, the critical point condition for this functional gives the Wheeler-Feynman equations of motion in addition to a continuity condition of partial moments and partial energies, known as the Weierstrass-Erdmann corner conditions. In the simplest case, for the boundary value problem of shortest length, we show that the critical point condition reduces to a two-point boundary value problem for a state-dependent mixed-type neutral differential-delay equation. We solve this special problem numerically using a shooting method and a fourth order Runge-Kutta. For the cases where the boundary segment has discontinuous velocities we developed a technique to solve the Weierstrass-Erdmann corner conditions and the two-point boundary value problem together. The trajectories with discontinuous velocities presupposed by the variational method were verified by numerical experiments. In a second development, for the harder case with boundaries of arbitrary length, we implemented a method of minimization with weak gradient for the variational principle quoted above. Two numerical methods were implemented in MATLAB to find solutions of the two-body electromagnetic problem. The first combines the finite element method with Newtons method to find the solutions that vanish the weak gradient. The second uses the method of steepest descent to find the solutions that minimize the action. In both methods the trajectories are approximated within a finite-dimensional space generated by a Galerkian that supports discontinuous velocities. Many tests and numerical experiments were performed to verify the convergence of the numerically calculated trajectories; also were compared the values of the functional computed numerically with some known analytical results on circular orbits.

A study of the usage of ALICEs time of flight (TOF), time projection chamber (TPC), and electromagnetic calorimeter (EMCal), aiming at detecting and separating electrons and positrons (e±) originated from different sources, was carried out. To accomplish the objectives of the research, data gathered from the 2012 proton-proton (pp) collision experiment were used. At a center of mass energy of sqrt(s)=8TeV, the collision of the proton beams liberates heavy quarks, charm and bottom, with approximate lifetimes of approximately 10^13s and 10^12s, respectively. The e± generated through weak semileptonic heavy flavor decays are of interest for studying quarks, therefore it served solely as motivation and incentive for the research carried out and described herein. The introduction of carefully selected cuts, with the purpose of separating partial data collected in the three detectors, permitted the understanding of their effect on the results. Furthermore, due to the fact that the TOFs design was not meant to separate e± from the other heavier particles, only the general effects of introducing a simple cut in the beta=v/c values were analyzed. The more specific cuts were only used for the data generated by the events detected by the TPC and the EMCal. A combination of cuts based on the particles energy loss as a function of traveled distance (dE/dx), with the ratio of energy to momentum (E/p) of the particle, was adopted to enable the separation process, thus allowing for the isolation of e± from the other particles, namely pi±, K±, and p/p. The analysis was performed for values of total particle momentum in the range 0<=p<=6GeV/c. A comparison of the raw data with the results obtained by applying this procedure, indicated a substantial increase in the e± yield and efficiency, reaching average values above 90% over the entire momentum range. / Um estudo do uso dos detetores de tempo de voo (TDV), câmara de projeção de tempo (CPT), e calorímetro eletromagnético (CalEM) do ALICE, visando detectar elétrons e pósitrons (e±) originados por diferentes fontes, foi realizado. Para atingir os objetivos da pesquisa, dados coletados durante o experimento de colisões próton-próton em 2012 foram utilizados. Com um nível de enegia do centro de mass igual a raiz(s)=8TeV, a colisão dos feixes de prótons libera quarks pesados, charm e bottom, com tempo de vida de aproximadamente 10^13s e 10^12s, respectivamente. Os e± gerados pelo decaimento fraco semileptônico de sabores pesados é de interesse para o estudo dos quarks, portanto, o conceito serviu somente como motivação e incentivo para a pesquisa realizada e descrita nesta dissertação. A introdução de cortes específicos, com a finalidade de parcialmente separar dados coletados nos três detectores, permitiu adquirir entendimento sobre os efeitos do cortes nos resultados. Adicionalmente, em virtude do projeto do TDV não ter sido feito visando separar e± oriundos do decaimento dos sabores pesados das demais partículas mais massivas, somente os efeitos gerais de introduzir um corte simples nos valores de beta=v/c, foram analisados. Os cortes mais específicos foram somente nos dados detectados pelo CPT e pelo CalEM. Uma combinação de cortes baseados na perda de energia da partícula em função da distância percorrida (dE/dx), com a razão entre a energia e o momento da partícula (E/p), foi adotada para viabilizar o processo de separação, desta forma permitindo a separação dos e± das demais partículas, ou seja, dos pi±, K±, and p/p. A análise foi realizada para valores de momento total das partículas na faixa 0<=p<=6GeV/c. Uma comparação dos dados originais com os resultados obtidos pela aplicação do procedimento, indicou um aumento substancial do rendimento e eficiência dos e±, atingindo valores médios acima de 90% na faixa inteira de momento.

Nesta pesquisa são apresentadas as contribuições dos métodos GPR e eletromagnético indutivo (equipamento EM-38) nos estudos de sítios arqueológicos de sambaquis costeiros Jabuticabeira II, Santa Marta IV, V, VII e VIII, e Encantada III, localizados no município de Jaguaruna, litoral centro-sul de Santa Catarina. Estes sítios são caracterizados por acúmulos de conchas carbonáticas construídos por sociedades do período pré-colonial (7,5 a 1,3 mil anos AP). Os estudos foram desenvolvidos, visando o mapeamento de artefatos de interesse arqueológico e de estruturas estratigráficas que auxiliem a compreensão do processo construtivo e funcional destes sítios. A interpretação dos resultados GPR foi apoiada nas modelagens numéricas GPR 2D e nas imagens 3D e integrada com os levantamentos EM-38, e tiveram como objetivos orientar as escavações arqueológicas. Os resultados permitiram encontrar alvos e artefatos arqueológicos, reduziram os custos no processo exploratório e preservaram o patrimônio histórico. Complementando o processo de interpretação integrada, os perfis estratigráficos e as análises granulométricas dos sedimentos provenientes dos furos de sondagens foram importantes para a definição dos ambientes de deposição onde os sambaquis estão assentados, corroborando de maneira significativa com as pesquisas em desenvolvimento no litoral de Santa Catarina. Em termos metodológicos, as antenas GPR blindadas de 200 MHz propiciaram um melhor compromisso entre a profundidade de investigação e a resolução vertical das camadas geo-arqueológicas, e a implementação da técnica de aquisição radial permitiu um mapeamento detalhado do sítio Jabuticabeira II de forma rápida, cobrindo uma grande área. Por outro lado, com o método eletromagnético indutivo (EM-38), a correção do efeito topográfico dos dados melhorou os contrastes de condutividade elétrica entre as estruturas arqueológicas e o background, permitindo assim, que os alvos pontuais, antes mascarados pela influência da topografia, fossem realçados. Com relação aos resultados geofísicos em estudos geoarqueológicos, no sambaqui Jabuticabeira II, foi possível caracterizar a geometria de uma estrutura geológica, associada a um paleo-canal e a deposição dos sedimentos em barras de pontal; mapear alvos arqueológicos e metálicos contemporâneos; traçar os limites do sítio; imagear uma camada conchífera, camadas antrópicas recentes e a profundidade do nível dágua; detectar a presença de dois sistemas deposicionais, paleolaguna e paleoduna, bem como delimitar o assentamento do sítio sobre estes ambientes por meio das informações das análises granulométricas dos sedimentos coletados nos furos de sondagens. Nos sambaquis de Santa Marta IV, V, VII e VIII, a integração dos dados GPR e EM38 permitiram o mapeamento de diversos alvos de grande importância para os estudos arqueológicos, tais como, paleofogueiras, sepultamentos e concentração de materiais cerâmicos e líticos, bem como feições geológicas, tais como, estruturação de camadas e paleotômbolos. Além disso, a redução do efeito topográfico sobre os dados de condutividade elétrica (EM-38) permitiu relacionar as regiões anômalas com um paleofogueira e uma concentração de material cerâmico. No sambaqui Encantada III, duas fortes anomalias GPR, caracterizadas por reflexões hiperbólicas, estavam associadas: i) a uma estrutura escura pontual, caracterizada como um bolsão de conchas carbonáticas; e ii) a presença de uma raiz de árvore concrecionada, que embora não seja de interesse arqueológico, é significativa, pois serve como um bom exemplo de ambiguidade na interpretação de dados geofísicos. Também foi possível delimitar o assentamento do sítio sobre os sedimentos da paleo-laguna, evidenciado pelas análises granulométricas dos sedimentos. / In this study, GPR and electromagnetic induction (EM-38 instrument) methodcontributions in coastal sambaqui archaeological sites (Jabuticabeira II, Santa Marta IV, V, VII and VIII as well as Encantada III) are presented. These sites are placed in Jaguaruna, Santa Catarina center-south coast. They are characterized by accumulation of carbonate shells built by societies in pre-colonial period (7.5 to 1.3 thousand years BP). The studies were developed aimed at mapping archaeological artifacts and stratigraphic structures that help to understand constructive and functional process of these sites. The interpretation of GPR results was supported by 2D GPR numerical modeling, 3D images and integrated with EM-38 surveys. They had as objectives to guide archaeological excavations. The results allowed finding archaeological targets and artifacts, reduced costs in exploratory process, and preserved historical heritage. Complementing integrated interpretation process, stratigraphic profiles and granulometric analysis of sediment from sounding drifts were important for defining the deposition environments where sambaquis (shell mounds) are settled, significantly supporting in developing research on Santa Catarina coast. Methodologically, 200 MHz shielded GPR antennas provided a better agreement between depth of investigation and vertical resolution of geoarchaeological layers, and the implementation of radial acquisition technique allowed a quickly detailed mapping of Jabuticabeira II site, covering a large area. Furthermore, with electromagnetic inductive method (EM-38), the topographic effect correction of data has improved the contrast in electrical conductivity between archaeological structures and background. Thus, punctual targets before masked by topography influence were highlighted. Regarding geophysical results in geoarchaeological studies, in Jabuticabeira II sambaqui, it was possible to characterize the geometry of a geological structure associated with a paleochannel and sediment deposition in point bars; to map archaeological and contemporary metal targets; to trace site boundary; to image shell layer, recent anthropic layers and water level depth; to detect the presence of two deposicional systems, paleolagoon and paleodune as well as to delimit the settlement site on these environments through information of granulometric analysis of sediments collected in sounding drifts. In Santa Marta IV, V, VII and VIII sambaquis, GPR and EM-38 data integration allowed mapping several targets of great importance for archaeological studies, such as paleofires, burials and concentration of ceramic and litic material as well as geological features, such as layer structuring and paleotombolos. Moreover, the reduction of topographic effect on electrical conductivity data (EM-38) allowed relating anomalous regions with a paleofire, and a concentration of ceramic material. In Encantada III sambaqui, two strong GPR anomalies characterized by hyperbolic reflections were associated with: i) a dark punctual structure, characterized as a pocket of shell carbonate, and ii) the presence of a concretion tree root that is significant, despite not of archaeological interest, because it serves as a good example of ambiguity in geophysical data interpretation. It was also possible to delimit the settlement site on paleolagoon sediments, evidenced by granulometric analysis of sediments.

Submitted by CLAUDINER MENDES DE SEIXAS null (claudiner2010@gmail.com) on 2017-10-21T02:06:24Z No. of bitstreams: 1 Tese_Claudiner_seixas_ac_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-26T14:27:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 seixas_cm_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-26T14:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 seixas_cm_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Este trabalho apresenta uma proposta de representação de sistemas de aterramento elétrico diretamente no domínio do tempo, tendo como vantagem os benefícios da modelagem realizada no domínio da frequência, com os resultados fornecidos diretamente no domínio do tempo, sem passar por transformadas inversas (Laplace ou Fourier). Os modelos no domínio do tempo são facilmente inseridos nos softwares convencionais de análise transitória, onde as tensões e correntes são melhor compreendidas. A maior contribuição deste trabalho está no desenvolvimento de uma técnica capaz de representar o aterramento com elementos discretos e positivos de circuitos (resistores-R, capacitores-C e indutores-L). Assim, o circuito equivalente representativo do aterramento será sempre um circuito possível de ser implementado fisicamente. Nesta proposta o aterramento é inicialmente modelado no domínio da frequência, sua impedância harmônica é obtida e representada por meio de elementos discretos de circuitos (RLC) associados em série e/ou paralelo. Aterramentos constituídos por um eletrodo horizontal ou uma haste vertical foram representados por meio de aproximação usando o método dos mínimos quadrados (vector fitting), que permite obter a função racional equivalente à admitância do aterramento, a partir da qual são extraídos os ramos de circuitos e consequentemente o circuito equivalente. Apesar de ser possível representar uma infinidade de aterramentos, dependendo do comprimento e diâmetro do eletrodo/haste combinado com determinadas resistividade e permissividade elétricas do solo, esse método pode não garantir que todos os elementos RLC sejam positivos. Por isso foi desenvolvido uma nova técnica e testada em aplicações com configurações de aterramento mais complexas (malhas). Essa técnica fornece resultados precisos e garante que todos os elementos RLC serão positivos. Sua validação foi realizada comparando os resultados propostos com os resultados obtidos pelo modelo de linha de transmissão (no caso de eletrodo/haste) e pelo modelo eletromagnético híbrido HEM (no caso das malhas). Essa técnica permite o uso de qualquer modelo capaz de fornecer a impedância harmônica, podendo ser aplicada a configurações genéricas de aterramento, o que a torna muito versátil e atrativa. / This work presents a proposal to represent of electrical grounding systems directly in time domain, taking into account the benefits in frequency domain modelling, without employing inverse Laplace or Fourier transforms. The time domain models are easily inserted in conventional electromagnetic transient software, where voltages and currents are better understood. The main contribution of this work is the development of a technique that can represent grounding by discrete and positive circuits elements (R-resistors, C-capacitors and L-inductors). The representation of the grounding is an electric circuit, possible to be implemented physically. Grounding systems is initially modelled in the frequency domain, where its harmonic impedance is obtained and then represented by elements of circuit (RLC) made in series and/or parallel association. Grounding systems constituted by a horizontal electrode or a vertical rod were represented by means of an approximation using the method of the least squares (vector fitting). It reproduces the rational function equivalent to the admittance of the grounding, which branches of circuits are extracted, forming an equivalent circuit. Although it is possible to represent an infinity of groundings, depending on the length and diameter of the electrode / rod combined with certain electrical resistivity and permittivity of the soil, this technique may not guarantee that all RLC elements are positive. However, a new technique was developed and tested in more complex grounding systems (grids). This technique provides accurate results and ensures that all RLC elements will be positive. Its validation was performed comparing the proposed results with the results obtained by the TLM (Transmission Line Model) employed for the horizontal electrodes and vertical rods and by the HEM (Hybrid Electromagnetic Model) employed for grounding grids. This technique allows the use of any model capable of providing harmonic impedance, and can be applied to generic ground configurations, making it very attractive to electromagnetics transient analyses.

A study of the usage of ALICEs time of flight (TOF), time projection chamber (TPC), and electromagnetic calorimeter (EMCal), aiming at detecting and separating electrons and positrons (e±) originated from different sources, was carried out. To accomplish the objectives of the research, data gathered from the 2012 proton-proton (pp) collision experiment were used. At a center of mass energy of sqrt(s)=8TeV, the collision of the proton beams liberates heavy quarks, charm and bottom, with approximate lifetimes of approximately 10^13s and 10^12s, respectively. The e± generated through weak semileptonic heavy flavor decays are of interest for studying quarks, therefore it served solely as motivation and incentive for the research carried out and described herein. The introduction of carefully selected cuts, with the purpose of separating partial data collected in the three detectors, permitted the understanding of their effect on the results. Furthermore, due to the fact that the TOFs design was not meant to separate e± from the other heavier particles, only the general effects of introducing a simple cut in the beta=v/c values were analyzed. The more specific cuts were only used for the data generated by the events detected by the TPC and the EMCal. A combination of cuts based on the particles energy loss as a function of traveled distance (dE/dx), with the ratio of energy to momentum (E/p) of the particle, was adopted to enable the separation process, thus allowing for the isolation of e± from the other particles, namely pi±, K±, and p/p. The analysis was performed for values of total particle momentum in the range 0<=p<=6GeV/c. A comparison of the raw data with the results obtained by applying this procedure, indicated a substantial increase in the e± yield and efficiency, reaching average values above 90% over the entire momentum range. / Um estudo do uso dos detetores de tempo de voo (TDV), câmara de projeção de tempo (CPT), e calorímetro eletromagnético (CalEM) do ALICE, visando detectar elétrons e pósitrons (e±) originados por diferentes fontes, foi realizado. Para atingir os objetivos da pesquisa, dados coletados durante o experimento de colisões próton-próton em 2012 foram utilizados. Com um nível de enegia do centro de mass igual a raiz(s)=8TeV, a colisão dos feixes de prótons libera quarks pesados, charm e bottom, com tempo de vida de aproximadamente 10^13s e 10^12s, respectivamente. Os e± gerados pelo decaimento fraco semileptônico de sabores pesados é de interesse para o estudo dos quarks, portanto, o conceito serviu somente como motivação e incentivo para a pesquisa realizada e descrita nesta dissertação. A introdução de cortes específicos, com a finalidade de parcialmente separar dados coletados nos três detectores, permitiu adquirir entendimento sobre os efeitos do cortes nos resultados. Adicionalmente, em virtude do projeto do TDV não ter sido feito visando separar e± oriundos do decaimento dos sabores pesados das demais partículas mais massivas, somente os efeitos gerais de introduzir um corte simples nos valores de beta=v/c, foram analisados. Os cortes mais específicos foram somente nos dados detectados pelo CPT e pelo CalEM. Uma combinação de cortes baseados na perda de energia da partícula em função da distância percorrida (dE/dx), com a razão entre a energia e o momento da partícula (E/p), foi adotada para viabilizar o processo de separação, desta forma permitindo a separação dos e± das demais partículas, ou seja, dos pi±, K±, and p/p. A análise foi realizada para valores de momento total das partículas na faixa 0<=p<=6GeV/c. Uma comparação dos dados originais com os resultados obtidos pela aplicação do procedimento, indicou um aumento substancial do rendimento e eficiência dos e±, atingindo valores médios acima de 90% na faixa inteira de momento.

Estudamos a Eletrodinâmica de Wheeler-Feynman usando um princípio variacional para um funcional de ação finito acoplado a um problema de valor na fronteira. Para trajetórias C2 por trechos, a condição de ponto crítico desse funcional fornece as equações de movimento de Wheeler-Feynman mais uma condição de continuidade dos momentos parciais e energias parciais, conhecida como condição de quina de Weierstrass-Erdmann. Estudamos em detalhe um sub-caso mais simples, onde os dados de fronteira têm um comprimento mínimo. Nesse caso, mostramos que a condição de extremo se reduz a um problema de valor na chegada para uma equação diferencial com retardo misto dependente do estado e do tipo neutro. Resolvemos numericamente esse problema usando um método de shooting e um método de Runge-Kutta de quarta ordem. Para os casos em que as fronteiras mínimas têm velocidades descontínuas, elaboramos uma técnica para resolver as condições de quina de Weierstrass-Erdmann junto com o problema de valor na chegada. As trajetórias com velocidades descontínuas previstas pelo método variacional foram verificadas por experimentos numéricos. Em um segundo desenvolvimento, para o caso mais difícil de fronteiras de comprimento arbitrário, implementamos um método de minimização com gradiente fraco para o princípio variacional e problema de fronteira acima citado. Elaboramos dois métodos numéricos, ambos implementados em MATLAB, para encontrar soluções do problema eletromagnético de dois corpos. O primeiro combina o método de elementos finitos com o método de Newton para encontrar as soluções que anulam o gradiente fraco do funcional para fronteiras genéricas. O segundo usa o método do declive máximo para encontrar as soluções que minimizam a ação. Nesses dois métodos as trajetórias são aproximadas dentro de um espaço de dimensão finita gerado por uma Galerkiana que suporta velocidades descontínuas. Foram realizados diversos testes e experimentos numéricos para verificar a convergência das trajetórias calculada numericamente; também comparamos os valores do funcional calculados numericamente com alguns resultados analíticos sobre órbitas circulares. / We study the Wheeler-Feynman electrodynamics using a variational principle for an action functional coupled to a finite boundary value problem. For piecewise C2 trajectories, the critical point condition for this functional gives the Wheeler-Feynman equations of motion in addition to a continuity condition of partial moments and partial energies, known as the Weierstrass-Erdmann corner conditions. In the simplest case, for the boundary value problem of shortest length, we show that the critical point condition reduces to a two-point boundary value problem for a state-dependent mixed-type neutral differential-delay equation. We solve this special problem numerically using a shooting method and a fourth order Runge-Kutta. For the cases where the boundary segment has discontinuous velocities we developed a technique to solve the Weierstrass-Erdmann corner conditions and the two-point boundary value problem together. The trajectories with discontinuous velocities presupposed by the variational method were verified by numerical experiments. In a second development, for the harder case with boundaries of arbitrary length, we implemented a method of minimization with weak gradient for the variational principle quoted above. Two numerical methods were implemented in MATLAB to find solutions of the two-body electromagnetic problem. The first combines the finite element method with Newtons method to find the solutions that vanish the weak gradient. The second uses the method of steepest descent to find the solutions that minimize the action. In both methods the trajectories are approximated within a finite-dimensional space generated by a Galerkian that supports discontinuous velocities. Many tests and numerical experiments were performed to verify the convergence of the numerically calculated trajectories; also were compared the values of the functional computed numerically with some known analytical results on circular orbits.

Nesta pesquisa são apresentadas as contribuições dos métodos GPR e eletromagnético indutivo (equipamento EM-38) nos estudos de sítios arqueológicos de sambaquis costeiros Jabuticabeira II, Santa Marta IV, V, VII e VIII, e Encantada III, localizados no município de Jaguaruna, litoral centro-sul de Santa Catarina. Estes sítios são caracterizados por acúmulos de conchas carbonáticas construídos por sociedades do período pré-colonial (7,5 a 1,3 mil anos AP). Os estudos foram desenvolvidos, visando o mapeamento de artefatos de interesse arqueológico e de estruturas estratigráficas que auxiliem a compreensão do processo construtivo e funcional destes sítios. A interpretação dos resultados GPR foi apoiada nas modelagens numéricas GPR 2D e nas imagens 3D e integrada com os levantamentos EM-38, e tiveram como objetivos orientar as escavações arqueológicas. Os resultados permitiram encontrar alvos e artefatos arqueológicos, reduziram os custos no processo exploratório e preservaram o patrimônio histórico. Complementando o processo de interpretação integrada, os perfis estratigráficos e as análises granulométricas dos sedimentos provenientes dos furos de sondagens foram importantes para a definição dos ambientes de deposição onde os sambaquis estão assentados, corroborando de maneira significativa com as pesquisas em desenvolvimento no litoral de Santa Catarina. Em termos metodológicos, as antenas GPR blindadas de 200 MHz propiciaram um melhor compromisso entre a profundidade de investigação e a resolução vertical das camadas geo-arqueológicas, e a implementação da técnica de aquisição radial permitiu um mapeamento detalhado do sítio Jabuticabeira II de forma rápida, cobrindo uma grande área. Por outro lado, com o método eletromagnético indutivo (EM-38), a correção do efeito topográfico dos dados melhorou os contrastes de condutividade elétrica entre as estruturas arqueológicas e o background, permitindo assim, que os alvos pontuais, antes mascarados pela influência da topografia, fossem realçados. Com relação aos resultados geofísicos em estudos geoarqueológicos, no sambaqui Jabuticabeira II, foi possível caracterizar a geometria de uma estrutura geológica, associada a um paleo-canal e a deposição dos sedimentos em barras de pontal; mapear alvos arqueológicos e metálicos contemporâneos; traçar os limites do sítio; imagear uma camada conchífera, camadas antrópicas recentes e a profundidade do nível dágua; detectar a presença de dois sistemas deposicionais, paleolaguna e paleoduna, bem como delimitar o assentamento do sítio sobre estes ambientes por meio das informações das análises granulométricas dos sedimentos coletados nos furos de sondagens. Nos sambaquis de Santa Marta IV, V, VII e VIII, a integração dos dados GPR e EM38 permitiram o mapeamento de diversos alvos de grande importância para os estudos arqueológicos, tais como, paleofogueiras, sepultamentos e concentração de materiais cerâmicos e líticos, bem como feições geológicas, tais como, estruturação de camadas e paleotômbolos. Além disso, a redução do efeito topográfico sobre os dados de condutividade elétrica (EM-38) permitiu relacionar as regiões anômalas com um paleofogueira e uma concentração de material cerâmico. No sambaqui Encantada III, duas fortes anomalias GPR, caracterizadas por reflexões hiperbólicas, estavam associadas: i) a uma estrutura escura pontual, caracterizada como um bolsão de conchas carbonáticas; e ii) a presença de uma raiz de árvore concrecionada, que embora não seja de interesse arqueológico, é significativa, pois serve como um bom exemplo de ambiguidade na interpretação de dados geofísicos. Também foi possível delimitar o assentamento do sítio sobre os sedimentos da paleo-laguna, evidenciado pelas análises granulométricas dos sedimentos. / In this study, GPR and electromagnetic induction (EM-38 instrument) methodcontributions in coastal sambaqui archaeological sites (Jabuticabeira II, Santa Marta IV, V, VII and VIII as well as Encantada III) are presented. These sites are placed in Jaguaruna, Santa Catarina center-south coast. They are characterized by accumulation of carbonate shells built by societies in pre-colonial period (7.5 to 1.3 thousand years BP). The studies were developed aimed at mapping archaeological artifacts and stratigraphic structures that help to understand constructive and functional process of these sites. The interpretation of GPR results was supported by 2D GPR numerical modeling, 3D images and integrated with EM-38 surveys. They had as objectives to guide archaeological excavations. The results allowed finding archaeological targets and artifacts, reduced costs in exploratory process, and preserved historical heritage. Complementing integrated interpretation process, stratigraphic profiles and granulometric analysis of sediment from sounding drifts were important for defining the deposition environments where sambaquis (shell mounds) are settled, significantly supporting in developing research on Santa Catarina coast. Methodologically, 200 MHz shielded GPR antennas provided a better agreement between depth of investigation and vertical resolution of geoarchaeological layers, and the implementation of radial acquisition technique allowed a quickly detailed mapping of Jabuticabeira II site, covering a large area. Furthermore, with electromagnetic inductive method (EM-38), the topographic effect correction of data has improved the contrast in electrical conductivity between archaeological structures and background. Thus, punctual targets before masked by topography influence were highlighted. Regarding geophysical results in geoarchaeological studies, in Jabuticabeira II sambaqui, it was possible to characterize the geometry of a geological structure associated with a paleochannel and sediment deposition in point bars; to map archaeological and contemporary metal targets; to trace site boundary; to image shell layer, recent anthropic layers and water level depth; to detect the presence of two deposicional systems, paleolagoon and paleodune as well as to delimit the settlement site on these environments through information of granulometric analysis of sediments collected in sounding drifts. In Santa Marta IV, V, VII and VIII sambaquis, GPR and EM-38 data integration allowed mapping several targets of great importance for archaeological studies, such as paleofires, burials and concentration of ceramic and litic material as well as geological features, such as layer structuring and paleotombolos. Moreover, the reduction of topographic effect on electrical conductivity data (EM-38) allowed relating anomalous regions with a paleofire, and a concentration of ceramic material. In Encantada III sambaqui, two strong GPR anomalies characterized by hyperbolic reflections were associated with: i) a dark punctual structure, characterized as a pocket of shell carbonate, and ii) the presence of a concretion tree root that is significant, despite not of archaeological interest, because it serves as a good example of ambiguity in geophysical data interpretation. It was also possible to delimit the settlement site on paleolagoon sediments, evidenced by granulometric analysis of sediments.