Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires. Área Ingeniería]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Sambuco Salomone, Lucas. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Laboratorio de Física de dispositivos -Microelectrónica. Facultad de Ingeniería - UBA.]]> En el presente trabajo de tesis se estudiaron las inestabilidades eléctricas y los efectos de la radiación sobre estructuras metal-óxido-semiconductor (MOS), con dieléctricos de alto κ como aislante de puerta, tanto de manera experimental como a través de simulaciones numéricas. Además, se desarrolló un modelo numérico basado en principios físicos, con el objetivo de reproducir la respuesta a dosis total de estructuras MOS expuestas a radiación ionizante. En el caso de los dieléctricos de alto κ, se estudiaron estructuras MOS con dióxido de hafnio (HfO2), alúmina (Al2O3), y un nanolaminado de ambos materiales, como aislante de puerta. En todos los casos, la capa dieléctrica fue depositada sobre un sustrato de silicio, inmediatamente después de una limpieza con HF. Los resultados obtenidos son consistentes con la captura y liberación de electrones en defectos preexistentes dentro del aislante, como consecuencia de transiciones de túnel entre los mismos y estados electrónicos en el sustrato. Para las capas de HfO2, se observa un proceso de captura rápida que se enlentece con el tiempo de estrés, precedido de otro proceso de captura con un tiempo característico menor, denominado captura inicial. La captura rápida está asociada con trampas de electrones dentro del HfO2, posiblemente debido a vacancias de oxígeno en el material. La captura inicial podría deberse a trampas presentes en una delgada capa interfacial subestequiométrica de SiOx. Los resultados obtenidos en capas de Al2O3 amorfa (a-Al2O3) muestran la presencia de dos tipos de procesos de captura diferentes. Algunas trampas poseen tiempos similares de captura y liberación de electrones y son responsables del fenómeno de histéresis, mientras que otras se manifiestan para tiempos de estrés mucho mayores y presentan una captura mucho más estable, lo que tiene efectos sobre la respuesta a largo plazo de memorias no volátiles de captura de carga.Un estudio comparativo de la exposición a diferentes tipos de radiación mostró que para rayos γ e iones oxígeno el principal efecto de dosis total es la captura de huecos generados por radiación dentro del óxido, mientras que al irradiar con protones los resultados son consistentes con la captura de ambos tipos de portadores (electrones y huecos), y la posible generación de estados de interfaz. Mediciones en tiempo real de la respuesta a radiación γ mostraron la superposición de la captura y liberación de carga como consecuencia de los cambios en la tensión aplicada y la captura de huecos generados por radiación. A partir de un modelo físico es posible distinguir ambas contribuciones. Se desarrolló un modelo numérico basado en principios físicos para reproducir la respuesta en tiempo real de dosímetros MOS expuestos a radiación ionizante. El modelo tiene en cuenta los diferentes procesos involucrados, tales como la generación de pares electrón-hueco, la recombinación inicial, el transporte de electrones y huecos dentro del óxido, la captura de huecos en defectos y su neutralización como consecuencia de la captura de electrones. Dicho modelo fue aplicado al estudio de dosímetros MOS con 70 nm de espesor de óxido, cuya respuesta presenta dinámicas no monótonas luego de cambios en la tensión de polarización durante la irradiación, las cuales no pueden ser reproducidas por los modelos simplificados que han sido propuestos en la literatura, a menos que se considere la presencia de dos tipos de trampas dentro del óxido. Las simulaciones con el modelo numérico mostraron que es posible reproducir los resultados experimentales considerando un único tipo de trampas, brindando además una explicación física razonable a los fenómenos observados, basada en un proceso de redistribución de la carga capturada no reportado previamente en la literatura. Como mostraron las simulaciones, dicha redistribución de carga es también responsable del desplazamiento del valor cuasi-estacionario de la tensión umbral durante etapas de neutralización inducida por radiación en dosímetros comerciales REM RFT-300 de 300 nm de espesor de óxido, brindando así una explicación simple del fenómeno, sin la necesidad de recurrir a hipótesis adicionales como la generación de trampas de borde. Se estudió el efecto que la redistribución de carga tiene sobre la sensibilidad del sensor cuando éste opera bajo la técnica de mediciones cíclicas controladas por tensión. A partir de las simulaciones, pudieron ser exploradas las dependencias con el campo eléctrico de las tasas de captura y neutralización. Finalmente, se llevó a cabo un análisis de la validez de las hipótesis de un estado estacionario para el transporte de portadores y una distribución de trampas de huecos cercanas a la interfaz, usualmente consideradas en la literatura.]]> In this doctoral dissertation the voltage instabilities induced by electrical and radiation stress on metal-oxide-semiconductor (MOS) structures with high-κ dielectrics as insulating layer were studied by experiments and numerical simulations. Also, a physics-based numerical model was developed to reproduce the total dose response of MOS structures exposed to ionizing radiation. Positive bias instabilities were studied on MOS structures with hafnium oxide (HfO2), alumina (Al2O3), and a nanolaminate stack of both materials, deposited on a HF last treated silicon substrate. The obtained results are consistent with electron trapping/detrapping in as-grown defects within the insulator, due to tunnel transitions between these electron traps and electronic states in the substrate. For HfO2-based structures, it was observed a fast trapping process that slows down with stress time, preceded by an initial trapping with shorter characteristic times. The fast trapping process is related to electron traps inside the HfO2 layer, maybe due to oxygen vacancies. The initial trapping is possibly related to defects inside a thin substoichiometric SiOx interfacial layer. The obtained results in Al2O3 layers show the presence of two different trapping processes. One process involves traps which have similar trapping and detrapping characteristic time, and they are responsible of the hysteresis phenomenon. The second process manifests for much longer stress time showing to be a much more stable capture trap, which affects the long time response of charge-trapping nonvolatile memories. A comparative study of radiation effects with different radiation sources was performed. For γ-rays and oxygen ions total ionizing dose effects were dominated by the capture of radiation generated holes, whereas for proton irradiation the results were consistent with the capture of both electrons and holes, and the generation of interface traps. Real-time measurements of γ-ray irradiations showed the superposition of a biasinduced trapping/detrapping process and the capture of radiation generated holes. Both contributions could be distinguished by a physical model based simulation. A physics-based numerical model was developed to reproduce of MOS dosimeters to the effects of total ionizing radiation dose. The model deals with the transient problem involving different processes like electron-hole pairs generation, prompt recombination, electrons and holes transport, and hole capture and neutralization. This model was applied to MOS dosimeters with 70 nm oxide thickness, which present non-monotonic responses after bias switches during irradiation. Simplified models are not able to reproduce the experimental results, unless the existence of two types of traps are considered within the oxide. Simulations with the numerical model showed that it is possible to reproduce the experiments with only one type of hole traps, giving a reasonable physical explanation to the observed phenomenon, based on a trapped charge redistribution process not previously reported in the literature. As shown by simulations, this charge redistribution is also responsible of the progressive shift of the quasi-steady state threshold voltage towards negative values during radiation-induced charge neutralization stages in RADFET REM RFT- 300 commercial dosimeters with 300 nm oxide thickness, offering a simple explanation, discarding the additional hypothesis of border traps generation. The effect of charge redistribution on the sensor sensitivity during a bias controlled cycled measurement was also studied. From simulations, the electric field dependences of the hole capture and neutralization rates were studied and compared with previous reports in the literature. Finally, the validity of both a steady state condition for carrier transport and the hypothesis about a distribution of hole traps close to Si/SiO2 interface was discussed.]]> Sambuco Salomone, Lucas]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Valverde, Esteban Raúl . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Introducción. La muerte súbita cardíaca (SCD, del inglés sudden cardiac death) ocurre cuando el corazón deja repentinamente de latir. Una actividad el´éctrica anormal genera cambios importantes en la secuencia de activación/inactivación produciendo arritmias cardíacas, las cuales afectan la capacidad del corazón para bombear sangre al organismo. Los eventos isquémicos, junto con el incremento de la dispersión de la repolarización ventricular (VRD, del inglés ventricular repolarization dispersion), son responsables en gran parte de las arritmias cardíacas, tales como la taquicardia ventricular (VT, del inglés ventricular tachycardia) que puede derivar en una SCD [9]. Los incrementos de la VRD pueden deberse a varios factores: diferencias en duración de los potenciales de acción (APs, del inglés action potential ), incrementos de los tiempos de activación, disminuci´on de la velocidad de conducción del impulso o caminos de conducción eléctrica alterados (anatómicos y/o funcionales). Por ello, cuando la VRD aumenta o se producen retrasos en la conducción, pueden generarse mecanismos de re-entrada capaces de inducir arritmias. Durante el periodo isquémico, las propiedades de la membrana de las células cardíacas están significativamente alteradas [65]. En consecuencia, los electrogramas (EGMs, del ingl´es electrograms) registrados en la superficie del corazón tienden a manifestarse de menor amplitud, más lentos y de mayor duración. Los cambios recién mencionados se reflejan como alteraciones latido-a-latido en el electrocardiograma (ECG) de superficie. Estos cambios pueden ser imperceptibles a la vista del cardiólogo siendo necesarias herramientas de procesamiento y análisis para detectarlos. Por ello, desde el ámbito de la Ingeniería Biomédica es importante el análisis matemático/computacional de los registros del ECG en presencia de las patologías cardíacas antes mencionadas, con el objetivo de mejorar el diagnóstico y seguimiento de los pacientes. El objetivo de la presente tesis fue cuantificar y analizar variaciones latido-a-latido que pudiesen desencadenar arritmias ventriculares malignas y/o SCD en corazones con isquemia aguda y/o infarto. Para ello se estudiaron los ECGs en animales y en humanos. Se propusieron nuevas herramientas de procesamiento y análisis del ECG y se las comparó con métodos estandarizados en la cardiología clínica. Además, el trabajo se orientó a comprender los procesos fisiológicos subyacentes en la isquemia aguda y en diferentes etapas post-infarto de miocardio (MI, del inglés myocardial infarction). Materiales y métodos. Modelo de infarto en animales. Se implementó en 34 conejos blancos de la raza Nueva Zelanda, a los que se les practicó una toracotomía intercostal izquierda. A 24 animales (infartados) se les realizó una ligadura en la arteria coronaria descendente anterior izquierda (LAD, del inglés left anterior descendent) de manera de provocarles un MI controlado. Al segundo grupo de 10 animales (sham) no se les realizó la oclusión. Se registraron tres ECGs, de aproximadamente 400 latidos: uno antes de la cirugía (control ), y otros dos a los 15 y 45 días post-MI. Se computó la varianza espectral de la onda T (TSV, del inglés T-wave spectral variance) con el fin de comparar ambos grupos en las tres instancias. Finalmente, los animales fueron sacrificados y los corazones fueron analizados histo-patol´ogicamente, clasific´andolos en tres subgrupos, dependiendo de la extensión y ubicación del área del MI. Modelo de isquemia aguda en humanos. Se estudió la base de datos STAFF III, del Centro Médico del área de Charleston, USA (STAFF-III), a cuyos pacientes se les practicó un procedimiento de Intervención Coronaria Percutánea (PCI, del inglés Percutaneous Coronary Intervention) en una o varias de sus arterias coronarias principales: en la LAD, en la circunfleja izquierda (LCx, del inglés left circunflex ), en la arteria coronaria derecha (RCA, del inglés right coronary artery) y en la izquierda principal (LM, del inglés left main). Las 12 derivaciones del ECG se agruparon en: 6 derivaciones frontales (FR), I a aVF; y 6 derivaciones precordiales (PR), V1 a V6. Además, se sintetizaron las tres derivaciones ortogonales (OR), VX, VY y VZ mediante la transformada de Kors [66]. La población total (TP) (n = 62) fue agrupada según la arteria coronaria ocluida: LM (n = 2), LAD (n = 21), LCx (n = 12) y RCA (n = 27). Se registraron tres ECGs: primero, dos registros control antes del procedimiento de PCI, y luego otro durante dicho procedimiento. La TSV se calculó en los ECGs con el objetivo de comparar las diferencias que puedan existir antes y durante el inflado del balón de angioplastía. Además, se obtuvo el cambio relativo (R) en cada derivación electrocardiográfica. A partir de los controles, se realizó el análisis de la variabilidad intra-sujeto e inter -sujeto para determinar estabilidad y confiabilidad de la TSV. Modelo de infarto en humanos: repolarización ventricular. Se utilizó la base de datos Physikalisch-Technische Bundesanstalt, del Instituto de Metrología Nacional de Alemania (PTB). Se seleccionaron los registros del ECG de los sujetos control , (n = 49), y de aquellos pacientes que no sufrieron una taquicardia y/o fibrilación ventricular (VT/VF, del inglés ventricular tachycardia and/or fibrillation) post-MI (n = 38), y de los cuales se disponen dos registros: uno dentro de primera semana del MI (MI7), denominada fase de curación (healing), y el otro a partir de los dos meses del MI (MI60), denominada fase de cicatrizado (healed). Por otra parte, los pacientes fueron agrupados por infarto anterior (n = 20) e inferior (n = 17). La TSV se calculó en las 12 derivaciones para el grupo control y durante healing y healed. Además, se obtuvo el R en cada derivación electrocardiográfica y se aplicó el criterio multi-derivación (ML, del inglés multi-lead) a partir de las denominadas derivaciones preferenciales. Los registros también fueron analizados mediante el índice de variabilidad del intervalo QT (QTVI, del inglés QT interval variability index ), que es un est´andar en la cardiología. Finalmente, se realizó el análisis de la variabilidad intra-sujeto e inter -sujeto para determinar si la TSV puede considerarse estable y confiable. Modelo de infarto en humanos: despolarización ventricular. Se utilizó la base de datos PTB. En este caso se analizaron los ECGs en las tres derivaciones ortogonales de Frank VX, VY y VZ. Se estudiaron: sujetos control , n = 48; y en pacientes post-MI: sin VT/VF en MI7, n = 84 y en MI60, n = 41; con VT/VF en MI7, n = 7 y en MI60, n = 6. Se calculó la varianza espectral del QRS (QRSSV, del ingl´es QRS spectral variance) en VX, VY y VZ para el grupo control y durante healing y healed con y sin VT/VF. Por otro lado, se procesaron los mismos registros mediante la técnica de la electrocardiografía de Señal Promediada (SaECG, del inglés Signal-averaged ECG), que es un estándar de la cardiología. Finalmente, se estudió la variabilidad intra-sujeto e inter - sujeto para determinar si la QRSSV es estable y confiable. Resultados. Modelo de infarto en animales. La TSV aumentó significativamente en ambos grupos (infartados y sham) a los 15 d´ıas de la cirugía. Sin embargo, a los 45 días, mientras la TSV del grupo sham retornó al valor equivalente al control , el grupo infartado se mantuvo significativamente mayor que el sham. Los corazones de los animales infartados fueron clasificados en: sin área visible infartada (n = 8), con infarto en el mesocardio (n = 5), y con infarto transmural (n = 12). La TSV fue mayor a medida que se extendía la región infartada, siendo significativamente mayor al grupo sham. Modelo de isquemia aguda en humanos. La TSV computada en el grupo TP aumentó significativamente durante la PCI respecto del control en todas las derivaciones del ECG. El R, para TP y para los pacientes agrupados seg´un el sitio de oclusión, presentaron una derivación preferencial que mejor evidencia el cambio de la TSV. Esto es, para TP: RI = 2,51, RV 3 = 4,94 y RZ = 3,41; para LAD: RI = 4,07, RV 3 = 3,85 y RY = 2,95; para LCx: RI = 3,31, RV 3 = 5,76 y RZ = 4,16; y para RCA: RaV L = 5,33, RV 3 = 5,40 y RZ = 6,41. Pudo observarse también que V3 es la derivación que mayor R mostró para TP y todos los sitios de oclusi´on. En todas las derivaciones, excepto en V6, el análisis intra-sujeto e inter -sujeto de la TSV mostró ser estable y confiable, con un coeficiente de confiabilidad (rik, del inglés reliability index ) > 0.6, en donde k = 1 . . .K son las derivaciones consideradas. Modelo de infarto en humanos: repolarización ventricular. Para todas las derivaciones, excepto la III, la TSV aumentó significativamente durante MI7 y luego descendió en MI60. Por otro lado, el R elevó su valor durante healing y luego descendió durante healed. Las derivaciones I, II, aVR, V4 y V5 conformaron las derivaciones preferenciales, a las que se les aplicó el criterio ML para luego obtener los valores medios por grupo: TSV C ML = 0,009 ± 0,001, TSV MI7 ML = 0,187 ± 0,032‡ y TSV MI60 ML = 0,100 ± 0,019‡,∗. Además, se calculó el QTVI en todos los sujetos; los resultados fueron: control (−1,21±0,06), MI7 (−0,01±0,10‡) y MI60 (−0,42±0,10‡,∗), siendo ‡ p < 0,0005 entre control y ambos grupos infartados y ∗ p < 0,05 entre MI7 y MI60. Los pacientes con MI anterior evidenciaron una mayor TSV en V4; los pacientes con MI inferior se observaron mejor en aVF. Finalmente, el análisis intra-sujeto e inter -sujeto de la TSV mostró ser estable y confiable, con un rik > 0.9 en todas las derivaciones consideradas. Modelo de infarto en humanos: despolarización ventricular. En pacientes sin VT/VF se observó un aumento significativo del QRSSV tanto en healing como en healed, respecto del control , siguiendo el mismo tipo de modulación que se observó en la TSV para los modelos anteriores. En los pacientes con VT/VF, se encontraron diferencias significativas en healing para VX y VY , y en healed para VY , respecto del control . La QRSSV también presentó modulación en la derivación VX, elevándose durante MI7 y decreciendo durante MI60. La proporción de potenciales tardíos (LPs, del inglés late potentials) en pacientes sin VT/VF no presentó diferencias entre grupos. Por otro lado, en pacientes con VT/VF se observaron diferencias significativas en |VFX|, |VFY | y |VFM|. Finalmente, el análisis intra-sujeto e inter -sujeto de la QRSSV mostró ser estable y confiable, con un rik > 0.95 en todas las derivaciones consideradas. Discusión y conclusiones. Modelo de infarto en animales. Este estudio experimental confirma la existencia de alteraciones latido-a-latido durante la repolarización ventricular en el peróodo post-MI. En este sentido, la TSV muestra ser un método no-invasivo para observar estas alteraciones. La oclusión de la LAD indujo diferentes grados de lesión en los corazones a los 45 d´ıas de la cirugía. Pudo observarse que existe una correlación entre el valor de la TSV y la extensión del área necrosada. Esta área podría estar conformada por regiones eléctricamente silentes que rodean tejido sano y que actúan como barreras que favorecen la fragmentación de la propagación del impulso. Esto da origen a diferentes patrones de activación y recuperación, que se estarían manifestando como alteraciones latido-a-latido, forzando el aumento del valor de la TSV. Modelo de isquemia aguda en humanos. En este estudio, al computar el R se encontraron derivaciones preferenciales de acuerdo al sitio de oclusión. El RLAD fue máximo en I, RLCx en V3 y RRCA en VZ, sugiriendo que existe una derivación que mejor evidencia el cambio de la TSV. Por otro lado, V3 manifestó el mayor R en PR para todas las oclusiones, coincidente con los resultados obtenidos en el Modelo de infarto en animales. La PCI ofrece un buen modelo para observar cambios electrofisiológicos durante la isquemia aguda, causada por el bloqueo abrupto y completo de alguna de las arterias coronarias [45,81]. Las zonas isquémicas actúan como barreras para la propagaci´on del impulso y para la recuperación ventricular, promoviendo APs deformados y en consecuencia EGMs anormales que se reflejan como cambios latido-a-latido en la morfología de las ondas T. En conclusión, la TSV pone en evidencia dichos cambios, aumentando su valor durante la isquemia. Modelo de infarto en humanos: repolarización ventricular. Los resultados mostraron ser más evidentes en las derivaciones preferenciales, y concuerdan con los observados en el Modelo animal. Estos nos permiten plantear la existencia de una modulación en ambas etapas del MI: una elevación significativa de la TSV durante MI7, y luego un descenso a un valor intermedio durante MI60. La zona del infarto en general está edematizada, en donde las uniones entre miocitos están rotas y hay una disminución de los discos intercalados [84]. Dicha zona abarca una región mayor a la del infarto, y presenta un aumento de la anisotropía no-uniforme, lo que podr´ıa explicar el aumento de la TSV. A los dos meses post-MI, los EGMs se vuelven m´as extensos en tiempo y de menor amplitud [61], manifestándose en el ECG como cambios latido-a-latido de muy baja magnitud, derivando en una TSV de menor magnitud. El estándar QTVI se modula de manera similar a la TSV. Sin embargo, la desventaja de la QTVI es la necesidad de medir el fin de la onda T con precisión, mientras que en la TSV no. Modelo de infarto en humanos: despolarización ventricular. La modulación de la QRSSV fue similar a los otros modelos de isquemia/infarto. Parece razonable pensar que las anormalidades durante ambas, activación y recuperación, juegan un rol importante en la arritmogénesis, evidenciándose en la modulación de los índices espectrales. Además, en healing, los caminos de re-entrada y bloqueo de conducción se manifiestan a causa del aumento el tejido conectivo y del edema [82]. En [61], se observaron EGMs fraccionados que producían activación lenta y discontinua, la cual frecuentemente cambiaba latido-a-latido. Por otro lado, cuando se consideraron pacientes sin VT/VF, la SaECG no detectó diferencias significativas. Sin embargo, sólo en algunas derivaciones y para los pacientes que presentaron VT/VF, ambas técnicas detectaron diferencias estadísticas en healing respecto del control . Concluimos de esta manera que el cálculo la QRSSV detecta las alteraciones repetibles y variables latido-a-latido (determinísticas y aleatorias), mientras que la técnica de la SaECG solo captura las alteraciones repetitivas, cancelando las variables a causa del promediado. Esto muestra la ventaja de la QRSSV respecto de la SaECG, debido a que aquellos pacientes post-MI sin VT/VF no fueron detectados como de riesgo mediante la SaECG.]]> Valverde, Esteban Raúl]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Ingeniería Sanitaria]]> Disciplina: Ingeniería Sanitaria]]> Fil: Espín García, Mario Isaías . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Esta investigación se realizó en Lodana, Manabí, Ecuador. Fue un estudio sobre la eficiencia en la biorremediación de suelos contaminados con aceites quemados, comparando dos métodos: bioaumentación y la atenuación natural. En la bioaumentación se emplearon microorganismos eficientes (ME), cultivados en los invernaderos de Lodana. Se abarcaron tres etapas previas: la caracterización del suelo (medio contaminado), la caracterización de los microorganismos eficiente (elemento remediador) y los análisis de aceite quemados (contaminante). Durante los ensayos se determinó el tipo de suelo en Lodana, las especies de microorganismos dentro del consorcio (ME) y los componentes de los aceites quemados (metales pesados, hollín, etc.) Los tres elementos (medio contaminado, contaminante y elemento remediador) se combinaron para el ensayo final: la bioaumentación. Este método se comparó con la atenuación natural, para determinar la eficiencia de cada uno. ]]> This research was realized in Lodana, Manabí, Ecuador. It was a study on the efficiency of soil bioremediation contaminated with burned oils, comparing two methods: bioaugmentation and natural attenuation. Efficient microorganisms (EM), cultivated in Lodana's greenhouses, were used for bioaugmentation. Three previous stages were covered: soil characterization (contaminated environment), characterization of efficient microorganisms (remediating element) and burnt oil analysis (contaminant). During the tests, the type of soil in Lodana, the species of microorganisms inside the consortium (EM) and the components of the burned oil (heavy metals, soot, etc.) were determined. The three components (contaminated environment, contaminant and remediating element) were combined for the final test: bioaugmentation. This method was compared with natural attenuation to determine the efficiency of both.]]> Espín García, Mario Isaías ]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires. Área Ingeniería]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: García, Pablo Ezequiel . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Programa Hidráulica Computacional. Subgerencia Laboratorio de Hidráulica. Instituto nacional del Agua. Laboratorio de Modelación Matemática. Departamento Hidráulica. Facultad de Ingeniería. UBA]]> A lo largo de la historia, el agua y la agricultura han estado estrechamente vinculadas. La mayor parte de los alimentos del mundo proviene de la agricultura de secano que depende de la humedad del suelo proveniente casi exclusivamente de la precipitacion. En las proximas decadas, la produccion agricola tendra lugar en el contexto de un clima cambiante, esperando importantes cambios en la frecuencia y severidad de inundaciones y sequias. La agricultura de secano seguirá siendo particularmente vulnerable a los excesos y deficit de las precipitaciones. Esto hace que sea imprescindible desarrollar estrategias solidas para limitar perdidas ambientales y económicas asociadas a eventos extremos y cambios regionales del clima. Comprender los vinculos entre los agroecosistemas, el agua y la produccion de alimentos es importante para pensar estrategias de manejos por parte de los productores agricolas en las condiciones actuales y futuras. Para eso es necesario seguir profundizando el conocimiento del funcionamiento de los agroecosistemas y su interrelacion con la disponibilidad del agua. La produccion de informacion relevante para la toma de decisiones de los productores requiere una comprension exhaustiva e integradora, no solo de los vinculos fisicos y biologicos entre los cultivos y el agua, sino tambien de los contextos economicos y sociales en los que toman las decisiones. Esta tesis tiene como objetivo avanzar en la caracterizacion de los vínculos entre la hidrologia, el clima, el uso del suelo y la toma de decisiones agronomicas en una subcuenca del rio Salado del Sur en la llanura pampeana, una de las principales regiones productoras de cereales y semillas oleaginosas del mundo, utilizando como principal herramienta de analisis la modelacion numerica.]]> Throughout history, water and agriculture have been closely linked. Most of the world's food arise from rainfed agriculture, which depends on soil moisture almost exclusively due to precipitation. In the coming decades, agricultural production will take place in the context of a changing climate, awaiting major changes in the frequency and severity of floods and droughts. Rainfed agriculture will continue to be particularly vulnerable to excesses and deficits in rainfall. This makes it essential to develop sound strategies to limit environmental and economic losses associated with extreme events and regional climate changes. Understanding the links between agroecosystems, water, and food production is important to think about productive strategies by agricultural producers in current and future conditions. For this, it is necessary to continue deepening the knowledge on the functioning of agroecosystems and their interrelation with the availability of water. Producing information relevant to producers decision-making requires a comprehensive and inclusive understanding, not only of the physical and biological links between crops and water, but also of the economic and social contexts in which they take decisions. This thesis aims to advance in the characterization of the links between hydrology, climate, land use, and agronomic decision-making in a sub-basin of the South Salado River in the Pampas plain, one of the main cereal and oilseed productive regions of the world, using numerical modeling as the main tool for analysis.]]> García, Pablo Ezequiel ]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Auliel, María Inés . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Laboratorio de fluidodinámica, depto. de ing. mecánica. Facultad de Ingeniería - UBA.]]> El fenómeno de la turbulencia tiene una fuerte presencia en flujos industriales. Sin embargo, el estudio numérico de flujos turbulentos en muchas condiciones de interés está fuera del alcance de la capacidad de cálculo de las supercomputadoras más grandes hasta el momento. La reducción del problema al caso bidimensional permitir obtener soluciones numéricas con parámetros realistas a un menor costo computacional. Cuando se sigue este camino la mayor dificultad reside en la validación experimental de los resultados, ya en que en muchos casos los flujos bidimensionales son de difícil materialización. En esta tesis realizamos un estudio experimental de las propiedades estadísticas de los flujos turbulentos bidimensionales, con especial énfasis en la caracterización de sus leyes de escala y en el desarrollo de fenómenos intermitentes en el flujo. La configuración experimental para flujos bidimensionales considerada consiste en un túnel de jabón donde la turbulencia se genera con un peine. En una primer etapa se plantea el estudio teórico para determinar las condiciones que permiten establecer la analogía entre un flujo en túnel de jabón y un flujo bidimensional incompresible. A continuación tratamos el estudio experimental del campo de velocidades que se realiza con las técnicas de velocimetría PIV y OPFLOW con imágenes obtenidas con las técnicas Schlieren e interferometria. Se estudian las propiedades estadísticas del flujo a partir de 4 diferentes técnicas espectrales: Fourier, Wavelets, Hilbert- Huang y POD Koopman. El estudio ilustra la capacidad de cada una de estas técnicas para recuperar las leyes previstas de manera teórica. El trabajo concluye acerca de la ausencia de intermitencia del flujo estudiado y brinda nuevos elementos de análisis para calificar las bondades de resultados obtenidos con diferentes técnicas numéricas.]]> Turbulence is ubiquitous in atmospheric and oceanic flows. However, the numerical study of threedimensional turbulent flows under realistic conditions and control parameters is out of reach even when using the largest supercomputers up to day. In geophysical flows, the presence of rotation and stratification reduces the dynamics to that of two dimensions, allowing numerical studies to approach the problem with more realistic parameters at a lower computational cost. On the other hand, when this approach is followed the problem resides on experimental validation, since two dimensional flows are hard to obtain in the laboratory. In this proposal we present a pronged study, with experiments to analyze statistical properties of flows in two- and three-dimensions, with a special focus in the characterization of scaling laws and in the development of impulsive events in the flow. The experimental setup to study two-dimensional flows is a soap film “tunnel”, where turbulence will be generated using a comb, while for the three-dimensional case we will use wind tunnels where turbulence is generated by a grid. The velocity field will be measured in the former case using Schlieren velocimetry, while in the latter the PIV and OPFLOW technique will be used. Different spectrals methods will be used to analyze each case. We will study the flow properties in scales larger and smaller than the energy injection scale. As a result of this proposal, we expect to be able to link large scale properties of the flow with spectral properties of turbulence, as well as improve models of hydrodynamic turbulence. Fourier, Wavelet, Hilbert Huang and POD Koopman: statistics flow properties from 4 different spectral techniques are studied. The study illustrates the ability of each of these techniques to recover laws theoretically expected. The thesis concludes about the absence of intermittent flow studied and provides new elements of analysis to describe the benefits of results obtained with different numerical techniques.]]> Auliel, María Inés ]]> Grado obtenido: Magister de la Universidad de Buenos Aires en Ingeniería Sanitaria]]> Disciplina: Ingeniería Sanitaria]]> Fil: Padilla Yépez, Natalia Estefanía . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Todo tipo de minería produce un impacto sea en la destrucción de la corteza terrestre, la afectación a la flora y fauna, la contaminación del suelo, de las aguas, generación de residuos y emisiones, etc. Se impacta directamente en el área de explotación llegando incluso a extenderse a otras áreas pobladas en sus alrededores. Este documento se centrará en la contaminación producida por la extracción de diamantes en Sudáfrica, durante la actividad minera y su etapa posterior al cierre desde la perspectiva del Ingeniero Sanitario, se explica de manera general los conceptos generales sobre los diamantes, su origen, yacimientos, métodos de prospección y exploración, los tipos de minería y técnicas mineras para la extracción a cielo abierto y subterráneo, con énfasis principalmente en diamantes provenientes de tuberías de kimberlita como: Kimberley, Koffiefontein, Cullinan y Finsch. Sudáfrica es uno de los principales productores de diamantes en el mundo y además posee todos los tipos de yacimiento existentes, es también un gran caso de estudio porque sus minas son de propiedad privada y están sujetas a regulaciones ambientales lo que permite conocer el manejo por parte de las compañías durante su intervención. La minería de diamantes requiere de un gran movimiento de tierras debido a excavaciones profundas, esto implica el apilamiento de grandes cantidades de material, estos a su vez, expuestos a la intemperie pueden generar lixiviados salinos que pueden ser contaminantes, además las kimberlitas poseen partículas micro finas que permanecen en suspensión y no reaccionan con ningún tipo de floculante por lo que es necesario disponer de presas de lodos donde las partículas se asientan naturalmente y donde los efluentes a tratar son altos en sales, se deben gestionar diversos tipos de residuos minerales y no minerales además de ejecutar planes de rehabilitación y cierre que permitan dar un uso alternativo a las áreas mineras después de la explotación.]]> All types of mining produce an impact on the mining area, sometimes even extending to other populated areas in its surroundings, this can be either destroying the earth's crust, affecting flora and fauna, soil or water contamination, waste generation, atmospheric emissions, etc. This document will focus on the contamination produced by the extraction of diamonds in South Africa, during the mining activity and its post-closure stage from the perspective of the Sanitary Engineer, it will explain the general concepts about diamonds, its origin, deposits, prospecting and exploration methods, types of mining and mining techniques for open pit and underground extraction, with emphasis mainly on diamonds from kimberlite pipes such as: Kimberley, Koffiefontein, Cullinan and Finsch in order to understand how these activities contribute to the impact on the mining areas. South Africa is one of the main diamond producers in the world and has all the existing types of deposits, it is also an exceptional case to study because its mines are privately owned and are subject to environmental regulations, which allows to know the management by the companies during the time of their intervention. Diamond mining requires a large ground movement due to deep excavations; this implies the stacking of large amounts of material that will be later exposed to the elements and can generate polluting saline drainage. In addition, kimberlites have microfine particles that remain in suspension and do not react with any type of flocculant, so it is necessary to have sludge dams where the particles can settle naturally. The effluents coming from the sludge dams are high in salt content and must be treated, another important task is the management of the mineral and not mineral waste during all the mining process, as well as carrying out rehabilitation and closure plans to give an alternative use to the mining areas after they have been exploited.]]> Padilla Yépez, Natalia Estefanía ]]> Grado obtenido: Doctor de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería]]> Fil: Hesse Rizzi, Eugenia Fátima. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería; Argentina.]]> Lugar de trabajo: Laboratorio de Psicología Experimental y Neurociencias, INECO]]> En las últimas décadas, diversos estudios en neurociencias cognitivas han mostrado que los procesos cognitivos dependen de la coordinación dinámica de diversas áreas cerebrales que se acoplan de forma flexible a corta y larga distancia. Desde esta perspectiva, el acto cognitivo ya no depende únicamente de un área cerebral específica, sino que requiere de integración a gran escala de un conjunto de regiones cerebrales. La mayor parte de la evidencia neurocientífica en humanos proviene de estudios que utilizan técnicas de resonancia magnética funcional o electromagnéticas que presentan limitaciones en su resolución temporal y espacial, respectivamente. En este contexto, los registros intracraneales invasivos en humanos presentan una oportunidad única para el estudio de la cognición. Esta técnica posee una resolución espacial del orden de los milímetros y temporal del orden de los milisegundos, tiene una de las mejores relaciones señal/ruido en humanos, y permite evaluar modelos neuroanatómicos y dinámicas temporales precisas de procesos cognitivos fundamentales, como la emoción, el juicio moral, o el lenguaje, entre otros. Asimismo, debido a la robustez de la relación señal/ruido de la técnica, es posible realizar estudios a nivel individual con gran precisión temporoespacial. Es por ello que su aporte a las neurociencias es fundamental. La presente Tesis recurre a esta técnica para combinar métodos clásicos de actividad evocada con el estudio de la conectividad cerebral a gran escala y algoritmos de aprendizaje para estudiar el acoplamiento de redes neuronales en procesos cognitivos clave de la vida cotidiana. Se abordan tres estudios basados en registros invasivos en humanos. En el primero, se investigaron los correlatos cerebrales de una tarea que evalúa el reconocimiento de la intención de daño, un elemento decisivo en la cognición moral. Se encontró que el daño intencional induce actividad temprana (< 200 ms) en la amígdala, con modulaciones que discriminan sistemáticamente entre tipos de situaciones: daño intencional, daño no intencional e interacción no dañina (neutral). Además, los análisis de conectividad mostraron una rápida conexión con regiones prefrontales. Los resultados reflejan la relevancia de la amígdala en la codificación rápida de la intención de dañar, una habilidad crítica para la supervivencia y fundamental en la cognición moral. El segundo estudio se basó en una tarea de reconocimiento de emociones en caras y palabras, dos fenómenos centrales en la interacción social cotidiana. Se analizaron series temporales y métodos de conectividad con el uso de aprendizaje de máquinas estadístico para estudiar cómo el desempeño individual se refleja en la actividad neuronal en una muestra de sujetos con perfiles de desempeño contrastivos. Se mostró que los diferentes perfiles de desempeño se vieron reflejados en su conectividad entre regiones. Este trabajo es una contribución al enfoque de diferencias individuales, una tendencia reciente en el ámbito neurocientífico, que se concentra en estudiar la variabilidad del procesamiento neural a nivel individual. Por último, en el tercer estudio, se utilizaron registros intracraneales y electroencefalográficos para evaluar en qué medida la construcción del sentido semántico está asociada con regiones vinculadas con sistemas multimodales (áreas relacionadas con conceptos abstractos que integran diferentes vías sensoriales) y/o mecanismos corporizados (redes sensoriomotoras específicas para cada modalidad perceptual) involucrados a este proceso. A través de análisis clásicos de oscilaciones junto con aprendizaje automático, se estudió la dinámica de la modulación de estímulos lingüísticos relacionados con partes del rostro (sustantivos como ‘nariz’ y ‘boca’), y la interacción entre los sistemas multimodales y corporizados mediante métodos de conectividad. Se mostró por primera vez que estos estímulos rápidamente modulan marcadores tempranos en regiones de procesamiento de caras (regiones corporizadas), con contribuciones de regiones multimodales, lo cual sugiere que el significado lingüístico depende, en parte, de la reactivación de experiencias sensoriales pertinentes. En su conjunto, los tres estudios de la Tesis brindan aportes directos mediante registros invasivos en humanos para la construcción de modelos de neurociencias cognitivas. Finalmente, los métodos implementados en estos y otros trabajos realizados fueron incluidos en un toolbox propio de análisis de datos. Esta herramienta sirve como un repositorio de métodos con el fin de organizar, reutilizar, compartir y capacitar estudiantes e investigadores de un laboratorio. Si bien está construido con las funciones de los análisis presentados aquí, la principal bondad del toolbox es que es fácilmente extensible y cada laboratorio o grupo de trabajo puede probarlo con sus propios métodos de análisis. Así, la presente Tesis brinda aportes en temáticas relevantes de las neurociencias de registros intracraneales a través de estudios en los que se aplicaron metodologías novedosas, como la conectividad y el aprendizaje automático, contribuyendo además a futuros estudios mediante la creación de una herramienta que facilita y potencia la tarea científica.]]> In recent decades, cognitive neuroscience has shown that cognitive processes rely on dynamic couplings between brain areas over short and long distances. Cognitive events are thus no longer taken to depend solely on a specific region, but rather on the largescale integration of many regions. In human research, most relevant evidence stems from functional magnetic resonance or electromagnetic techniques, marked by limitations in their temporal and spatial resolution, respectively. In this context, invasive intracranial recordings represent a unique opportunity for studying cognition. This technique has a spatial resolution in the order of millimetres and a temporal resolution in the order of milliseconds, alongside one of the best signal-to-noise ratios. Therefore, it is very well suited to evaluating neuroanatomical models and complex temporal dynamics of elemental cognitive domains (e.g., emotion, moral judgement, and language) at the single-subject level. Building on such assets, this thesis relies on intracranial recordings combined with classical evoked activity methods, measures of large-scale brain connectivity, and machine learning approaches to study the coupling of neural networks in key cognitive processes of everyday life. The dissertation comprises three studies. The first one examines neural correlates of the recognition of harmful intentions, a decisive element of moral cognition. Intentional harm induced early amygdalar activity (< 200 ms), with modulations that discriminate among intentional harm, unintentional harm, and neutral actions. Furthermore, connectivity analyses showed a fast coupling with prefrontal regions. These results highlight the key role of the amygdala in the rapid encoding of intentional harm, a critical ability for survival and to moral cognition. The second study assessed emotion recognition in faces and words, two pillars of social interaction. Machine learning algorithms were applied to temporal series data and connectivity coefficients to examine individual signatures of neural activity in subjects with contrastive behavioural performance. The participant’s differential performance profiles were captured by connectivity coefficients. This work represents a contribution to the individual differences approach, a recent neuroscientific trend that focuses on individual neural variability. Lastly, through a combination of intracranial and scalp-level recordings, the third study focused on semantic processing to examine the temporal organization of multimodal systems (areas related to abstract concepts that integrate different sensory pathways) and/or embodied mechanisms (specific sensorimotor networks for each perceptual modality) in the construal of meaning. We studied the dynamics of the modulations of linguistic stimuli denoting to facial body parts (nouns such as ‘nose’ and ‘mouth’) through classical oscillatory analysis together with machine learning, and the interaction between multimodal and embodied systems using connectivity methods. We showed, for the first time, that these stimuli rapidly modulate early markers in facial processing areas (embodied regions), with multimodal contributions, suggesting that linguistic meaning partly relies on fast reactivations of relevant sensory experiences. Together, the three studies provide direct contributions for the construction of models in cognitive neuroscience through invasive recordings in humans. Finally, the methods implemented for these and other works were included in a data analysis toolbox. This tool serves as a repository to ease the organization, reuse, and sharing of scripts, thus supporting student and researcher training. Already equipped with the functions used for present analyses, the toolbox is easily extensible and each laboratory or work group can populate it with their own methods. In sum, building on the uniqueness of intracranial human recordings, the present thesis affords methodological and theoretical contributions in hot topics of cognitive neuroscience, combining novel connectivity and machine learning methods and providing a tool that assists future studies and enhances other potential investigations.]]> Hesse Rizzi, Eugenia Fátima]]> Grado obtenido: Ingeniero/a Electrónico de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería Electrónica]]> Fil: Genovese, Luciano Agustín. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería ; Argentina.]]> Genovese, Luciano Agustín]]> Grado obtenido: Ingeniero/a Electrónico de la Universidad de Buenos Aires]]> Disciplina: Ingeniería Electrónica]]> Fil: Espósito, Diego. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería.; Argentina.]]> El filtrado de ruidos no-estacionarios presentes en señales de habla es un problema que en los últimos años atrajo gran atención debido al proceso de digitalización acelerada que está sufriendo muchas de las actividades que el ser humano hace diariamente. Antes del gran desarrollo que tuvieron las redes neuronales profundas, el marco general para el filtrado de ruido no-estacionarios era por medio de la utilización de filtros adaptativos. El objetivo de esta tesis será comparar el filtrado de ruidos no-estacionarios por medio de filtros adaptativos y por medio de filtros neuronales, utilizando métricas objetivas como la medida de calidad PESQ y la medida de inteligibilidad STOI. Los resultados encontrados en este trabajo, sugieren que en condiciones de bajo nivel de ruido, un filtro neuronal es capaz de igualar el desempeño de un filtro adaptativo o incluso mejorarlo.]]> Espósito, Diego]]> Fil: Pérez Farrás, Luis E.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Hidraúlica. Buenos Aires; Argentina]]> Fil:Guitelman, Adolfo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Hidraúlica. Buenos Aires; Argentina]]> Pérez Farrás, Luis E.]]> Guitelman, Adolfo]]> ]]>