Orientadora: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Banca: André Luiz Jardini Munhoz / Banca: Ricardo Tadeu Lopes / Banca: Orivaldo Lopes da Silva / Banca: Ana Lia Anbinder / Resumo: O objetivo desse estudo in vivo foi verificar a resposta óssea de scaffolds porosos revestidos processados pela técnica de Sinterização Direta de Metais a laser (DMLS) associado à terapia de ultrassom de baixa intensidade. Os scaffolds foram processados empregando a técnica DMLS e tratados termicamente a 1000°C por 24 horas. Três tipos de tratamento de superfície foram avaliados: Alcalino, biomimético e imobilização de alendronato de sódio. Para o tratamento alcalino, as amostras foram imersas na solução de NaOH (5M) a 60ºC por 24 horas. O tratamento biomimético consistiu na imersão dos scaffolds em solução SBF (SimulatedBodyFluid) enquanto a imobilização do alendronato foi realizada a partir da imersão dos scaffolds em uma solução formada por SBF e medicamento durante 5 dias. As superfícies dos scaffolds foram avaliadas para cada etapa empregando microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise por difração de raios-X. Os scaffolds foram implantados na tíbia direita de 85 ratos machos da raça wistar com idade média de 12 semanas. A microtomografia computadorizada (µCT) e análise histológica foram realizadas para avaliar o reparo ósseo no defeito. As micrografias das superfícies obtidas mostraram mudanças no aspecto da superfície e composição química de acordo com o tratamento. O tratamento biomimético promoveu o crescimento da apatita sobre a superfície enquanto a imobilização com alendronato suprimiu sua formação. As imagens obtidas na microtomografia mostraram elevado valor de densidade óssea para o último grupo. No entanto, análises histológicas mostraram a formação de cápsula fibrosa em torno dos scaffolds a qual foi minimizada usando ultrassom pulsado de baixa intensidade. No entanto, mais estudos precisam ser realizados para avaliar a influência da geometria dos scaffolds na incorporação de medicamentos / Abstract: The objective of this in vivo study was to verify the bone response of coated Ti6Al4V porous scaffolds processed by Direct Metal Laser Sintering (DMLS) technique associated to low intensity pulsed ultrasound therapy. Scaffolds were processed by using Direct Metal Laser Sintering technique (DMLS) and heat treated at 1000 °C for 24 hours. Three types of surface treatments were evaluated: alkaline, biomimetic and sodium alendronate immobilization. For alkaline treatment, samples were immersed in a NaOH (5M) solution at 60ºC for 24 hours. Biomimetic treatment consisted in the immersion of the scaffolds into Simulated Body Fluid solution while for sodium alendronato immobilization the scaffolds were immersed in the solution formed by SBF plus drug during 5 days. The scaffolds surfaces were evaluated after each step employing SEM (Scanning Electron Microscopy)and X-rays diffraction analysis(XRD). Scaffolds were implanted into right tibia of 85 male Wistar rats with average age of 12 weeks. X-rays micro-computed tomography (µCT) and histological analysis were carried out to evaluate the bone repair on the defect. Micrographs analysis showed that the aspect of the surfaces and chemical composition changed according treatment. Biomimetic treatment promoted the growth of the apatite on the surface; in contrast the immobilization of alendronate suppressed apatite formation. Micro CT images showed higher value of bone density for the last group. However, histological analysis showed the formation of encapsulation fibrous around the scaffolds. This formation was minimized by using low intensity pulsed ultrasound technique, however, more studies can be carried out to evaluate the influence of scaffolds geometry in the drug incorporation / Doutor

Orientador: Andrey Yuryevich Mikhaylov / Banca: Victor de Oliveira Rivelles / Banca: Vladimir Demyanovich Pershin / Resumo: Nesta dissertação calculamos a forma simplética que representa o espçaço de fase para uma onda não-linear da corda clássica no espaço Anti-de Sitter (AdS). Revisamos alguns conceitos de geometria diferencial, como variedades diferenciáveis, campos tensoriais, transformação dual dada pela estrela de Hodge 'estrela' e a integração de formas sobre variedades. Estudamos algumas das aplicações destas ferramentas na mecânica clássica como por exemplo a construção de uma variedade simplética, sua relação com o espaço de fase e a álgebra de Poisson. Citamos alguns exemplos para compreender melhor a teoria proposta, como o caso da partícula não-relativística, o campo escalar livre, e a corda bosônica dada pela ação de Polyakov. Como motivação para os estudos da correspondência AdS/CFT apresentamos a solução para uma perturbação da corda clássica no espaço AdS, que é dada por uma onda não-linear na folha de mundo. Ao calcular a energia desta onda demostramos que ela coincide com energia radiada por uma carga acelerada na eletrodinâmica clássica. E finalmente, a partir da solução encontrada, construímos o espaço de fase que descreve a corda clássica sobre o espaço AdS5 / Abstract: In this master thesis we calculate the sympletic form that represents the phase space for a classical nonlinear string in the Anti-de Sitter space (AdS). We review some concepts of differential geometry, such as differential manifolds, tensor fields, dual transformation given by the Hodge star operator 'estrela' and the integration of differential forms on manifolds. We study some applications of these tools in classical mechanics such as the construction of a sympletic manifold, its relation with the phase space, and the Poisson algebra. We show some examples to better understand the theory, such as the case of the nonrelativistic particle, the free scalar field, and the bosonic string given by the Polyakov action. As a motivation for the study of the AdS/CFT correspondece we present the solution for a disturbance of the classical string on the AdS space, which is given by a nonlinear wave on the worldsheet. By calculating the energy of this wave we show that it coincides with the energy radiated by an accelerated charge in the Classical Electrodynamics. Finally, from the found solution, we construct the phase space that describes the classical string on the AdS5 / Mestre

CAPES / Este trabalho apresenta o estudo, projeto e implementação digital usando DSP de um Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP) trifásico com potência de 4,5kVA, sendo este implementado utilizando três topologias de inversores monofásicos em ponte completa compartilhando o mesmo barramento de tensão CC. O FAPP é utilizado em sistemas trifásicos a quatro-fios para supressão de harmônicos de corrente, compensação de reativos e compensação de desbalanços das correntes de carga. Dentre as características mais relevantes desta topolgia de FAPP, pode-se citar: possibilidade de controle de corrente independente entre as fases; tensão reduzida no barramento CC; isolação galvânica entre o FAPP e a rede elétrica; e modularidade. Os algoritmos adotados para obtenção das correntes de referência de compensação são fundamentados no método de controle baseado no sistema de eixos de referência síncrona (SRF). Estes podem ser empregados em sistemas monofásicos bastando, para isso, a criação de um sistema trifásico fictício. Desse modo, em um sistema trifásico a quatro-fios, cada uma das correntes de fase pode ser controlada de forma independente. Duas estratégias distintas de operação do FAPP são implementadas. Na primeira delas, chamada de Controle de Corrente Independente por Fase (CCIF), o FAPP atua na supressão de correntes harmônicas da carga e compensação de potência reativa. Neste caso, as correntes da rede serão senoidais, no entanto desequilibradas. Na segunda estratégia, além de atuar na supressão de harmônicas da carga e compensação de potência reativa, o FAPP também atua na Compensação dos Desequilíbrios das Correntes de Carga (CDCC). Assim, as correntes da rede, além de senoidais, serão equilibradas. Análises matemáticas são realizadas de forma a obter o modelo matemático que representa o sistema físico do FAPP. Além disso, é apresentada uma metodologia de projeto para a obtenção dos ganhos dos controladores das malhas de corrente e de tensão do barramento CC. Resultados de simulação e experimentais são apresentados de forma a validar o desenvolvimento teórico realizado e avaliar o desempenho do FAPP. / This work deals with the study, design and digital implementation by means of digital signal processor (DSP) of a 4.5kVA three-phase shunt active power filter (SAPF), which is implemented by using three single-phase full-bridge converters sharing the same dc-bus voltage. The SAPF is applied to three-phase four-wire systems performing harmonic current suppression, reactive power compensation and load unbalance compensation. The main characteristics of the SAPF topology can be related: possibility of independent current control; low DC-link voltage; galvanic isolation between the SAPF and the grid utility; and possibility of modular implementation. The algorithms adopted for obtaining the current references are based on the synchronous reference frame (SRF) control method. They can be employed in single-phase systems by creating a fictitious three-phase system. Thereby, in a three-phase four-wire system, it is possible the controlling of each phase current independently. Two different operation strategies of the SAPF are implemented. In the first one, which is called Independent Phase-Current Control (IPCC), the SAPF performs harmonic current suppression and reactive power compensation. In this case, the source current will become sinusoidal although unbalanced. In the second strategy, besides acting in the harmonic current suppression and reactive power compensation, the SAPF performs Load Unbalance Compensation (LUnC). In this case, the source currents will become sinusoidal and balanced. Mathematical analyses are carried out in order to obtain the mathematical model which represents the physical system of the SAPF. Additionally, a design methodology is presented, which is used to obtain the controller gains of both current and dc-bus voltage loops. Simulation and experimental results will be presented in order to validate the presented theoretical development and evaluate the performance of the SAPF.

CAPES / Este trabalho apresenta o estudo, projeto e implementação digital usando DSP de um Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP) trifásico com potência de 4,5kVA, sendo este implementado utilizando três topologias de inversores monofásicos em ponte completa compartilhando o mesmo barramento de tensão CC. O FAPP é utilizado em sistemas trifásicos a quatro-fios para supressão de harmônicos de corrente, compensação de reativos e compensação de desbalanços das correntes de carga. Dentre as características mais relevantes desta topolgia de FAPP, pode-se citar: possibilidade de controle de corrente independente entre as fases; tensão reduzida no barramento CC; isolação galvânica entre o FAPP e a rede elétrica; e modularidade. Os algoritmos adotados para obtenção das correntes de referência de compensação são fundamentados no método de controle baseado no sistema de eixos de referência síncrona (SRF). Estes podem ser empregados em sistemas monofásicos bastando, para isso, a criação de um sistema trifásico fictício. Desse modo, em um sistema trifásico a quatro-fios, cada uma das correntes de fase pode ser controlada de forma independente. Duas estratégias distintas de operação do FAPP são implementadas. Na primeira delas, chamada de Controle de Corrente Independente por Fase (CCIF), o FAPP atua na supressão de correntes harmônicas da carga e compensação de potência reativa. Neste caso, as correntes da rede serão senoidais, no entanto desequilibradas. Na segunda estratégia, além de atuar na supressão de harmônicas da carga e compensação de potência reativa, o FAPP também atua na Compensação dos Desequilíbrios das Correntes de Carga (CDCC). Assim, as correntes da rede, além de senoidais, serão equilibradas. Análises matemáticas são realizadas de forma a obter o modelo matemático que representa o sistema físico do FAPP. Além disso, é apresentada uma metodologia de projeto para a obtenção dos ganhos dos controladores das malhas de corrente e de tensão do barramento CC. Resultados de simulação e experimentais são apresentados de forma a validar o desenvolvimento teórico realizado e avaliar o desempenho do FAPP. / This work deals with the study, design and digital implementation by means of digital signal processor (DSP) of a 4.5kVA three-phase shunt active power filter (SAPF), which is implemented by using three single-phase full-bridge converters sharing the same dc-bus voltage. The SAPF is applied to three-phase four-wire systems performing harmonic current suppression, reactive power compensation and load unbalance compensation. The main characteristics of the SAPF topology can be related: possibility of independent current control; low DC-link voltage; galvanic isolation between the SAPF and the grid utility; and possibility of modular implementation. The algorithms adopted for obtaining the current references are based on the synchronous reference frame (SRF) control method. They can be employed in single-phase systems by creating a fictitious three-phase system. Thereby, in a three-phase four-wire system, it is possible the controlling of each phase current independently. Two different operation strategies of the SAPF are implemented. In the first one, which is called Independent Phase-Current Control (IPCC), the SAPF performs harmonic current suppression and reactive power compensation. In this case, the source current will become sinusoidal although unbalanced. In the second strategy, besides acting in the harmonic current suppression and reactive power compensation, the SAPF performs Load Unbalance Compensation (LUnC). In this case, the source currents will become sinusoidal and balanced. Mathematical analyses are carried out in order to obtain the mathematical model which represents the physical system of the SAPF. Additionally, a design methodology is presented, which is used to obtain the controller gains of both current and dc-bus voltage loops. Simulation and experimental results will be presented in order to validate the presented theoretical development and evaluate the performance of the SAPF.

Made available in DSpace on 2011-12-27T14:14:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 000431773-0.pdf: 2376290 bytes, checksum: f2c60a6fa4a04eb80d3f349bc9b04f4d (MD5) license.txt: 581 bytes, checksum: 44ea52f0b7567232681c6e3d72285adc (MD5) / The new methods and materials used in paraendodontic surgery lead to a higher success rates in dental practice. The aim of this study was to evaluate the association of apicoectomy, retrofilling with MTA and the apical seal with Nd: YAG laser (10Hz, 150mJ, 1. 5 W, 60s). For these propose was used 40 teeth endodontically treated and cut by diamond bur at 90 ° with the long axis of the tooth. Four groups of samples was randomly assigned (n = 10): (A - apicoectomy, B - apicoectomy and Nd:YAG laser, C - MTA retrofilling, D - MTA retrofilling and Nd:YAG laser). The samples were embedded in epoxy resin and cut lengthwise first, then crosswise. SEM analysis showed a more homogeneous surface without apical sealing of dentinal tubules in groups B and D (p <0. 01). Horizontal and transverse marginal gaps were observed between dentin and filling material. The descending order of gap, was the group B (resection and irradiation Nd:YAG laser), followed by group A (apicoectomy), group D (MTA retrofilling irradiation and Nd: YAG laser) and at last group C (retrofilling MTA) (p <0. 01). The EDS analysis indicated a higher rates of phosphorus ions and lower of calcium in the groups treated by Nd:YAG laser. In conclusion, this research demonstrates the positive effect of application of Nd:YAG laser in apical sealing of the dentin surface, despite the dimensional effect that had on its association with the MTA. / As periapicopatias recidivantes são patologias de difícil resolução. Os novos métodos e materiais, aplicados na cirurgia paraendodôntica, têm adicionado índices de sucesso mais altos à prática odontológica. O objetivo deste trabalho foi avaliar as manobras de apicectomia associadas à retrobturação com MTA e ao selamento apical com laser Nd:YAG (10Hz, 150mJ, 1,5W, 60s). Utilizou-se 40 dentes endodonticamente tratados e apicectomizados com broca diamantada em 90° com o longo eixo do dente. Foram formados, randomicamente, quatro grupos de amostras (n=10): (A – apicectomia, B – apicectomia e irradiação laser Nd:YAG, C – apicectomia+retrobturação com MTA, D – apicectomia+retrobturação com MTA e irradiação laser Nd:YAG). As amostras foram incluídas em resina epóxi e cortadas, primeiramente no sentido longitudinal, depois no sentido transversal. A análise por MEV demonstrou uma superfície apical mais homogênea e sem canalículos dentinários nos grupos B e D (p<0,01). Foram observadas fendas marginais, entre dentina e material obturador, em ordem decrescente de tamanho, desde o grupo B, grupo A, grupo D e grupo C (p<0,01). A análise por EDS indicou uma porcentagem maior de íons fósforo e menor de cálcio nos grupos irradiados com laser Nd:YAG. Em conclusão, esta pesquisa demonstra o efeito positivo da aplicação do laser Nd:YAG no selamento da superfície dentinária, apesar do efeito dimensional que causou na sua associação com o MTA.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-04-18Bitstream added on 2014-06-13T18:40:24Z : No. of bitstreams: 1 colnago_m_me_prud.pdf: 550851 bytes, checksum: 6c5305e58ea0da83bf0f1477b3ee0756 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / O estudo de equações diferenciais parciais tem merecido muito destaque nos últimos anos. O fato é que se trata de uma área muito utilizada em vários ramos da Ciência como Matemática, Física e Engenharia. Além disso, permite a modelagem de muitos problemas encontrados em nosso cotidiano e na natureza em geral. Porém, a sua utilização se torna complicada uma vez que, tais equações nem sempre apresentam o que chamamos de solução analítica. Isto só acontece com uma “pequena” classe de equações (ver [19]). Fazse então necessário, buscar outras alternativas para a resolução de tais equações e daí os métodos numéricos de resolução desempenham um papel muito importante. O método das linhas, conhecido como um método de semi-discretização, representa uma alternativa para encontrar tais soluções e tem recebido atenção na atualidade. O presente trabalho, abrange, um estudo do método das linhas em sua forma original, bem como o estudo da estabilidade desse método utilizando a dinâmica de um cabo flexível. O método não foi satisfatório tanto para o cabo inextensível quanto para o cabo extensível, logo após poucos passos no tempo, a solução se deteriorou, representando, ao nosso ver, a instabilidade do método / The study of partial differential equations has received much attention in the recent years. The fact is that this is an area widely used in various branches of science such as Mathematics, Physics and Engineering. Furthermore, it allows the modeling of many problems encountered in our activities and nature in general. However, their use becomes complicated since these equations do not always have what we call analytical solution. This only happens with a “ small” class of equations (see [19]). So, it is necessary to seek other alternatives for solving these equations, hence the numerical resolution methods play an important role. The method of lines, known as a semi-discretization method, represents an alternative to find such solutions and has received attention in the literature. This work includes a study of the method of lines in its original form, as well as to study the stability of this method using the dynamics of a flexible cable. This method was not satisfactory for both the inextensible cable and to extensible cable, after a few steps in time, the solution has deteriorated, representing, in our view, the instability of the method

A abordagem modulacional fornece uma estrutura simplificada para descrever a interação não-linear de três ondas (tripleto) em regimes onde a freqüência dos portadores é muito maior do que a freqüência modulacional. No primeira parte deste trabalho investigamos a quebra da tradicional aproximação modulacional na interação de tripleto, que é precisa quando o acoplamento das três ondas é fraco. Examinamos os tipos de dinâmicas decorrentes quando o acoplamento se incrementa desde valores muito pequenos até valores grandes e detectamos uma transição abrupta para valores grandes onde as excursões de amplitude limitada do regime modulacional alcançam regiões muito maiores do espaço de fases. Na segunda parte, estudamos uma extensão multi modo da interação não-linear de três ondas e vemos que os limites da aproximação modulacional podem ser de fato muito restritivos. Para acoplamentos muito pequenos mostramos que todos os modos exibem modulações lentas na amplitude, porém a medida que incrementamos o acoplamento uma transição acontece e os modos mudam para um novo regime dinâmico onde nenhum deles pode mais ser visto como portadores harmônicos de alta freqüência lentamente modulados. As estimativas para o acoplamento crítico e para os tempos de relaxação foram obtidos baseados em uma análise apropriada do tripleto mais instável. / The modulational approach provides a simplified structure to describe the nonlinear interaction of three waves (triplet) in regimes where the carriers frequencies are much larger than the modulational frequency. In the first part of this work we investigate the breakdown of the traditional modulational approximation in the triplet interaction, which is accurate when the coupling between the three waves is weak. We examine the types of dynamics arising when the coupling is increased from very small values to larger values and we detect an abrupt transition for large values where the excursions of the limited amplitude of the modulational regime reach larger regions of the phase space. In the second part, we study a multimode extension of the non-linear interaction of three waves and we see that the limits of the modulational approximation can be indeed very restrictive. For very small couplings we show that all modes display slow amplitude modulations, but as we increase the coupling a transition happens and the modes change to a new dynamical regime where none of them can be seen as a slowly modulated high-frequency harmonic carrier. Estimates for the critical coupling and relax times have been obtained based on proper analysis of the most unstable triplet.

Neste trabalho investigamos a propagação de ondas gravitacionais em dois modelos cosmológicos não-estacionários, ambos pertencentes `a classe de Friedmann-Robertson-Walker (FRW): o Universo de Einstein-Maxwell, cuja fonte da geometria é o campo eletromagnético descrito pela eletrodinâmica de Maxwell, e um universo não-singular com ricochete (bounce) cuja fonte da geometria é o campo eletromagnético descrito por uma generalização não-linear da eletrodinâmica de Maxwell. Trabalhamos com uma formulação de perturbações cosmológicas explicitamente invariante de calibre e analisamos a estrutura do espaço de fases do sistema dinâmico que descreve a evolução das perturbações tensoriais. Esta análise mostrou que ondas gravitacionais geradas próximo `a singularidade inicial ou ao ricochete devem exibir um comportamento qualitativamente diferente. / In this work we investigate the gravitational wave propagation on two non-stationary cosmological models belonging to the Friedmann-Robertson-Walker (FRW) class: the Einstein- Maxwell Universe, which has the electromagnetic field described by Maxwell’s electrodynamics as the source of its geometry, and a non-singular bouncing universe which has the electromagnetic field described by a non-linear generalization of Maxwell’s electrodynamics as the source of its geometry. We work with an explicitly gauge invariant formulation of cosmological perturbations and analyze the phase space structure of the dynamical system that describes the evolution of tensorial perturbations. This analysis showed that gravitational waves generated near the initial singularity or the bounce must exhibit a qualitatively different behavior.

Tempestades constituem uma das ameaças naturais mais significativas para as comunidades costeiras. Seus principais impactos geralmente estão associadas com a erosão e inundação, podendo chegar a causar destruição de propriedades e estruturas de engenharia costeira. O poder destrutivo associado à ondas formadas durante tempestade muitas vezes surge não só da energia transportada por elas, mas também da dificuldade de prever e compreender como essa energia se propaga até a costa. Sendo esse sempre um grande desafio para a energia e gestão costeira. Foram estudados todos os casos de ondas com altura significativas maior que 5 m em um ponto o.ffshore entre 2000 e 2010, que resultaram em seis casos principais. Essas ondas estudadas foram geradas por sistemas ciclônicos extratropicais no Atlântico Sudoeste. As mesmas foram simuladas e seu impacto sobre a costa do Rio Grande do Sul avaliado. Nesses casos, foi verificado que o padrão ciclogenético ocorrido entre as latitudes 31,5°S e 34°S, se apresentou como o mais favorável para o desenvolvimento de grandes ondas. A partir de diagramas Hovmoller para águas profundas foi possível identificar que a região sul do Rio Grande do Sul até à latitude 31.5°S é o mais energético durante a passagem de um ciclone, embora o evento ocorrido em maio de 2008 indica que esse padrão pode migrar para o norte com o deslocamento do ciclone formador. Diagramas de Hovmoller para águas rasas indicaram que as diferentes morfologias presentes na região da antepraia do Rio Grande do Sul foram responsáveis por focar ou dissipar a energia ao longo da costa. Essas observações também estão de acordo com as regiões de erosão e progradação desse mesmo litoral. Como resultado dessa análise pode-se identificar que as áreas urbanas das praias do Herrnenegildo, Cidreira, Pinhal, lmbé, Tramandaí e e Torres se apresentaram mais expostas durante os eventos de alta energia de ondas. Para simular ondas de tempestade condições em águas rasas é necessário uma alta resolução temporal e espacial para resolver os complicados processo de interações hidrodinâmicas com estruturas naturais e urbanas presentes na praia. Com este intuito, foram utilizados os seis resultados simulados com modelo o SWAN, bem como suas condições espectrais, para forçar o modelo SWASH, responsável por propagar as condições de onda de águas rasas até a dissipação total de energia na zona de espraiamento das praias Imbé e Tramandaí. Para fornecer uma boa base de dados de altimetria e topografia da região, foi utilizado na parte emersa, dados de LIDAR somados a dados batimétricos coletados no local para parte submersa. Dessa forma foi possível resolver em alta definição os rápidos processos que ocorrem na zona de quebra até a dissipação total da energia de ondas na forma de runup, muitas vezes passando sobre as estruturas naturais e urbanas complexas das cidades de Tramandaí e Imbé. Com base em analises temporais dos resultados de runup, foram identificadas três principais zonas críticas e vulneráveis a alagamentos durante os seis casos extremos analisados nestas praias. Como resumo dos resultados apresentados por este trabalho, foi possível reconstruir cenários de risco costeiros formados durante condições de tempestade. Nesse contexto, espera-se que este trabalho tenha produzido uma boa base de informação úteis para as agências de proteção civil e as autoridades costeiras. / Storms constitute one of the most significant natural threats to coastal communities. Their main associated impact is usua11y related to coasta1 erosion, coasta1 flooding and sometimes, destruction of coastal structures and properties. The potential damage of the waves generated during a storm come from their high energy and from the difficulty in forecasting and understanding how this wave energy propagates up to the coast. Thus, this is a great challenge for coastal management. The high waves on the Southwestem Atlantic generated by extra-tropical cyclones are simulated from 2000 to 2010 and their impact on the Rio Grande do Sul coast is studied. The six extreme events in the period which presented significant wave heights above 5 m, on a particular point of interest, are investigated in detail. It is found that the cyclogenetic pattern between the latitudes 31.5°S and 34°S, is the most favorable for developing high waves. Hovmõller diagrams for deep water show that the region between the south of Rio Grande do Sul up to latitude 31.5°S is the most energetic during a cyclone's passage, although the event of May 2008 indicate that the location of this region can vary, depending on the cyclone's displacement. On the oher hand, the Hovmõller diagrams for shallow water show that the different shoreface morphologies were responsible for focusing or dissipating the waves' energy; the regions found are in agreement with the observations of erosion and progradation regions. It can be concluded that som~ of the urban areas of the beaches of Hermenegildo, Cidreira, Pinhal, Tramandaí, lmbé and Torres have been more exposed during the extreme wave events at Rio Grande do Sul coast, and are more vulnerable to this natural hazard. To simulate storm waves conditions in shallow water, a high computation resolution is required to solve complicated hydrodynamic interactions with natural and urban structures in the beach. Considering these six cases simulated by SWAN, the spectral waves conditions in shallow water was nested in the SWASH model to propagate the waves from the shoaling zone until the total energy dissipation at the swash zone in Imbé and Tramandaí beaches. To provide a high resolution altimetry data base, a LIDAR scanner anda local survey campaign are used to supply SWASH with bottom grid conditions. Then, with this numerical approach it was possible so solve, in high definition, the fast vertical processes at the surf zone and the complex hydrodynamic interactions with the natural and urban structures. As a result of the horizontal runup time analysis, it was possible to identify three main criticai areas vulnerable of overwashing during the six extreme cases analyzed at these beaches. The results of the simulations at this work have constructed snapshots of natural hazards during storm conditions. It is expected that this work can produce useful information of criticai flooding zones for civil protection agencies and coastal authorities.

Inicialmente, expusemos como feições geomorfológicas e medições visuais de onda, apresentadas em trabalhos anteriores, apontam para a possível existência de gradientes de energia de onda ao longo da costa sobre a Plataforma Continental Sul (PCS). Examinamos também as condições atmosféricas da PCS e encontramos que oscilações intrasazonais podem não somente modular diretamente os ventos e a pressão como também indiretamente modular o período e amplitude dos eventos de escala sinótica. Uma boa correlação entre a pressão e o índice da oscilação sul foi encontrada em escala de tempo interanual, atestando a modulação pelo ENSO. Em seguida, após descrever os dois modelos utilizados, as grades e as configurações, o presente estudo avaliou a validação dos resultados do modelo em escala de bacia versus a altimetria orbital e a validação dos resultados do modelo regional versus os dois dados de ondógrafo disponíveis sobre a PCS, discutindo o quanto o modelo reproduz a realidade local. Excluindo-se os erros localizados, os resultados de altura sig. do modelo WW3 na grade global e na grade do Atlântico Sul pode ser considerado como em muito boa concordância com as observações, apresentando semelhanças notáveis com os dados de altimetria. Em relação à modelagem regional, tanto a altura sig. quanto os períodos de pico como obtidos na grade de plataforma foram considerados como em boa concordância com as observações. As direções de pico, no entanto, foram classificados como pobre concordância. No entanto, as ondas de S ou SSE foram bem reproduzidas e são as ondas de ESE que foram erradamente representadas como E ou ENE pelo modelo. Os resultados na grade costeira também foram considerados como em muito bom acordo com observações para altura sig. e períodos de pico, mas apresentaram os mesmos conflitos sobre direções de pico. Acreditamos que essas ondas E ou ENE já foram produzidas de forma incorreta pelo modelo WW3 e em seguida transferidas através das condições de contorno. O aumento da resolução certamente desempenhou um papel e não pode ser descartada, uma vez que mostra melhores estatísticas e maior variabilidade dos resultados, mas foi a redução de atrito que representou a maior melhoria nas simulações da grade costeira. Por fim, utilizamos nossos resultados do modelo para mostrar como o bloqueio das ondas geradas pelos ventos de oeste pela América do Sul, caracterizando as plataformas do oeste do Atlântico Sul com um clima de ondas de baixa energia. Períodos de pico médios mais baixos foram encontrados sobre a PCS indicando duas regiões de geração de ondas. Em seguida, mostramos exemplos de ondas extremas induzidas por ciclones. Condições pré e pós-frontais particulares também foram mostradas para caracterizar as mudanças nas direções de onda em escala sinótica. Os espectros médios costa afora mostraram uma predominância das ondas S/SSW com um pico de energia secundária composta por ondas ENE/E, corroborando com a afirmação de que a PCS é essencialmente bimodal em direções de onda. A potência das ondas S/SSW diminui para o norte e das ondas ENE/E secundariamente diminui para o sul, o que nos permite afirmar que a PCS esta localizada entre a influência dos ventos de oeste e ciclones e a influência da Alta do Atlântico Sul. A distribuição interanual mostrou períodos distintos de ascensões da energia das ondas ENE/E e ESE, que são moduladas pelo ENSO. A distribuição intra-anual mostrou um núcleo de ondas S/SSW ocorrendo centrado no inverno entre abril e setembro. Há também um núcleo ENE/E que ocorre durante as primaveras em oposição as potências mais baixas encontradas durante o inverno. Máximas ondas de SE ocorrem durante abril e maio e, secundariamente, durante a primavera e estão associadas com os ciclones. Gradientes de energia de ondas junto à costa já são vistos na grade de plataforma, com maior energia localizada ao largo de ambos os cabos e da projeção costeira norte e apenas secundariamente ao largo da projeção costeira sul. Por outro lado, mínimo de energia é encontrado entre as projeções costeiras em Rio Grande e, secundariamente, entre os cabos e projeções costeiras. As declividades da plataforma média e externa não são refletidas nesse padrão de energia. Mais perto da costa, no entanto, em profundidades menores de 40 m o padrão de energia segue os contornos batimétricos após uma queda considerável da energia causada por atrito. Com base nestes resultados, sugere-se a profundidade de 40 m como o nível base de ondas dos dias de hoje e, consequentemente, o limite inferior da antepraia. O aumento da resolução na grade costeira permitiu-nos reconhecer que a energia das ondas possui uma relação mais direta com a largura da antepraia. Além disso, permitiu uma separação geomorfológica clara entre a enorme antepraia inferior e as maiores declividades da pequena antepraia superior e banco do Albardão. A energia das ondas na antepraia superior varia abruptamente ao longo da costa, diminuindo da metade norte para a metade sul, em uma relação clara com as declividades da plataforma média. Assim, a herança geológica expressa através da largura da antepraia e das declividades da plataforma média poderia ser mais importante para gerar variabilidade de onda do que as próprias variações de onda costa afora ao longo da costa. Uma refração quase completa é observada entre os espectros bimodais costa afora e os espectros na antepraia superior que foram encontrados principalmente como ondas ESE/SSE com maior importância da onda SE e em um espectro quase unimodal. Esses resultados mostram como a grande e rasa antepraia da PCS é responsável por uma refração intensa das ondas, forçando-as a aproximar-se do sistema praial com pequenos ângulos de ataque. Além disso, a semelhança entre os espectros na antepraia superior indicou o efeito de abrigo causado pelos cabos e projeções costeiras e uma “janela de refração” sobre a propagação de ondas até a costa, uma vez que ondas normais à costa chegam com energia maior do que ondas em ângulo. Entre cabos e projeções costeiras, onde as energias de onda mais baixas foram encontradas, há uma assimetria norte/sul notável com energias superiores para o norte por causa dessas janelas de refração, a qual se ajusta perfeitamente a posição relativa dos diferentes tipos de barreiras costeiras do Holoceno. Com isso, é possível afirmar que o atrito desempenha papel importante na diferenciação de onda ao longo da antepraia da PCS seja agindo sobre diferentes quantidades de refração ou agindo sobre as diferentes larguras da antepraia. Neste sentido, estes resultados permitem-nos definir que a orientação da linha de costa, a largura da antepraia e as declividades da plataforma média como os principais fatores que determinam o espectro de energia das ondas que chegam à costa da PCS. Os padrões gerais do clima de ondas da PCS puderam ser determinados aqui com a utilização de modelos numéricos, permitindo a quantificação dos gradientes de energia das ondas sobre a PCS e a argumentação sobre as razões de sua existência. / We initially expounded how geomorphologic features and sparse visual wave measurements, presented in previous works, point out to the possible existence of alongshore wave energy gradients over the Southern Brazilian Shelf (SBS).We have also examined the atmospheric conditions of the SBS, finding that intraseasonal oscillations can not only directly modulate the surface winds and sea level pressure but also indirectly modulate the period and amplitudes of synoptic-scale events. A good correlation between sea level pressure and the southern oscillation index on interannual timescales was also found, which attested the ENSO modulation. Then, after briefly describe the two models utilized and the model grids and settings, the present study evaluated the proposed validation of the basin-scale model results against orbital altimetry and the validation of the regional-scale model results against the two available wavebuoy data over the SBS, discussing the extent to which the model reproduced local reality. Excluding localized errors, the WW3 model results of sig wave height on the Global and on the S. Atlantic grid could be considered as in very good agreement with observations, presenting remarkable similarities with observed altimetry data. Regarding the regional-scale modeling, both sig. height and peak periods as obtained on the Shelf grid were considered as in a very good agreement with observations. The peak directions, however, were classified as in poor agreement with observations. Nevertheless, the S or SSE waves were closely reproduced and it is only the ESE wave that was erroneously represented as approximately E or ENE by the model. The model results on the curvilinear Coastal grid were also considered as in very good agreement with observations for sig. height and peak periods but presented the same conflicting results regarding peak directions. We believe that these E or ENE waves were already incorrectly produced by the basin-scale model WW3, which then transferred this error downwards through the boundaries conditions. Increased spatial resolution certainly played a role and cannot be discarded, once it shows overall better statistics and greater variability of results, but it was the lowering of bottom friction that represented the major improvement in the curvilinear grid simulations. Finally, we used our model results to show how the S. America blocks the waves generated by the westerlies, characterizing the western and southwestern S. Atlantic shelves with a general low energy mean wave climate. Lower mean peak periods were also found over the SBS indicating two important wave generation regions. We then showed examples of the extreme wave patterns induced by the presence of cyclones. Particular pre and post frontal conditions were also shown to fully characterize the synoptic-scale changes in the wave directions. The long-term mean offshore spectra showed predominance of S/SSW waves with secondary power peak composed by ENE/E waves, corroborating with the statement that SBS is essentially bimodal in wave directions. The power of S/SSW waves diminish northward and the power of ENE/E waves secondarily diminish southward, allowing us to state that SBS is located in the encounter between the influence of the westerlies and cyclones and the influence of the SAH. The interannual distribution as annual means showed distinctive rises periods in ENE/E wave power and secondarily in the ESE wave power, which are modulated by ENSO. The six-hourly intraxiannual distribution showed a core of S/SSW waves occurring centered in wintertime between April and September. There is also an ENE/E core that occurs mainly during the springs in opposition to the lower powers found during wintertime. Highest SE waves occur mainly during April and May and secondarily during the spring and are associated with the cyclones. Along-shelf wave energy gradients near the coast are already seen on the 2 km resolution shelf grid, with higher energy located off both capes and off the northern coastal projection and only secondarily off the southern coastal projection. On the other hand, energy minimum is found between coastal projections off Rio Grande and secondarily between capes and coastal projections. The outer and mid-shelf declivities are not reflected on this energy pattern. Nearer to the coast, however, over depths shallower than 40 m the energy pattern does follow the bathymetric contours after a considerable drop of wave energy caused by bottom friction. Based on these results, we suggest the 40 m depth as the present day mean wave base and consequently the lower limit of the present SBS shoreface. The increased resolution of the Coastal grid allowed us to recognize that mean wave energy is in a more direct relation with the local shoreface width. It also permitted a clear geomorphological separation between the huge lower shoreface and the greater declivities of the tiny upper shoreface and the Albardão ridge. The upper shoreface mean wave power varies abruptly, decreasing from the half north to the half south points, in a clear response to large-scale mid-shelf declivities. Thus, the geological inheritance expressed through the shoreface width and mid-shelf declivities might indeed most times be more important to generate wave variability than the offshore wave power along-shelf variations itself. Almost full refraction is observed between the bimodal offshore spectra and the upper shoreface spectra that were mostly found as ESE/SSE waves with increased SE wave importance and in an almost unimodal spectra. These results showed how the large and shallow SBS shoreface is responsible for an intense refraction of the waves, thus forcing them to approach the beach system with very small angles of attack. Additionally, the similarity between the mean power spectra of upper shoreface points indicated the sheltering effect caused by the capes and coastal projections and a windowing on the wave propagation until the shore, once shore normal waves reach the coast with higher energy than angled incoming waves. At between capes and coastal projections, where lower wave energies were found, there is a remarkable north/south asymmetry with higher energies to the north because of this refraction windowing, which closely fits the relative positioning of the different types of Holocene coastal barriers. Altogether, it is possible to state that bottom friction plays a major role on wave differentiation along the SBS shoreface either by acting over different amounts of refraction or by acting over the different shoreface widths. In this sense, these results allow us to define the shoreline orientation, the shoreface width and the mid-shelf declivities as the key factors determining the wave power spectra that ultimately reach the shore of the SBS. The general patterns of the SBS wave climate could indeed be successfully determined here with the use of numerical models, allowing the quantification of the wave energy gradients over the SBS and the argumentation about the reasons of their existence.