[pt] O objetivo desta dissertação foi avaliar os mecanismos de ruptura em solo residual não saturado, nos locais da Comunidade da Prainha e Condomínio do Lago, em Nova Friburgo, após os deslizamentos ocorridos do dia 11 para 12 de janeiro de 2011, evento conhecido como Megadesastre 11 da Serra Fluminense. Para isso foram realizados ensaios de caracterização física, química e mineralógica, ensaios de permeabilidade in situ e no laboratório, ensaios para a determinação da curva característica e porosimetria de mercúrio. Para a determinação dos parâmetros de resistência foram realizado ensaios de cisalhamento convencional em amostras indeformadas submersas. A partir destes resultados foram realizadas análises numéricas de infiltração e estabilidade com a utilização dos programas Vadose/W e Slope/W ambos do pacote GeoStudio 2007. Os resultados das análises mostraram que as rupturas foram do tipo planar, ocorrendo na transição do solo maduro para o solo jovem para ambos locais. No caso do Condomínio do Lago verificou-se que a ruptura foi iniciada na base do talude, indicando um movimento de baixo para cima. Na Comunidade da Prainha a ruptura foi iniciada no topo da encosta. Em ambos os casos, ruptura ocorreu em decorrência da infiltração das águas de chuva. / [en] The objective of this dissertation was to assess the failure mechanisms in unsaturated residual soil, in places of Comunidade da Prainha Prainha (Comunity of Prainha) and Condomínio do Lago (Lago Condominium), in Nova Friburgo, after the landslides that occurred from the 11th to 12th of January of 2011. The event is known as Megadesastre 11 da Serra Fluminense. For this, tests of physical, chemical and mineralogical characterization, in situ permeability tests and the in laboratory, tests to determine the characteristic curve and mercury porosimetry were performed. To determine the strength parameters, were conducted conventional shear tests on submerged soil samples. From these results, numerical analyzes of infiltration and stability were performed with the use of Vadose/W and Slope/W, both programs of GeoStudio 2007. The analysis results showed that the ruptures were planar, occurring in the transition from the mature soil to the young soil for both locations. In the case of Condomínio do Lago, the failure surface was located at the base of the slope, indicating a movement from bottom to top. In the Comunidade da Prainha the failure surface was located at the top of the slope. In both cases rupture occurred due to infiltration of the rainwater.

[pt] O propósito do trabalho é avaliar a viabilidade técnica do uso de sondas tipo TDR e tensiômetros no monitoramento de encostas não saturadas. Com tais instrumentos, objetiva-se monitorar a variação da sucção mátrica e da umidade no solo em períodos chuvosos, visando aperfeiçoar os sistemas de alerta usados em áreas de risco e, consequentemente, minimizar perdas materiais e humanas. Para as medições, foram instalados uma estação meteorológica (munida de um pluviômetro, um datalogger, uma placa solar e uma antena para a transmissão de dados via internet), quatro sensores de umidade tipo TDR e um tensiômetro de alta capacidade em uma encosta localizada a montante da Faculdade de Medicina de Petrópolis, cidade da região serrana do estado do Rio de Janeiro. Foram registrados cerca de três meses de dados das sondas tipo TDR e, por conta de uma pane elétrica, apenas treze dias de dados do tensiômetro. As sondas tipo TDR apresentaram tempos de resposta rápidos, com nítidos aumentos de umidade volumétrica com o início de um evento chuvoso. Elas também apresentaram sensibilidade adequada para serem utilizadas em sistemas de alerta, sendo capazes de registrar alterações de umidade volumétrica com pequenos volumes de chuva. As curvas características encontradas através de ensaios de papel filtro mostraram um bom paralelo entre as sucções medidas diretamente pelo tensiômetro e aquelas obtidas indiretamente pelas sondas tipo TDR, através da conversão das umidades volumétricas em sucção. / [en] The purpose of this work is to evaluate the technical feasibility of using TDR probes and tensiometers to monitor unsaturated slopes. The objective is to monitor with these instruments the variation of matric suction and soil moisture during rainy periods, aiming to improve the warning systems used in hazardous areas and, consequently, to minimize human and material loss. For the measurements, a meteorological station (equipped with a rain gauge, a datalogger, a solar panel and an antenna for data transmission via internet), four TDR-type humidity sensors and a high capacity tensiometer were installed in a slope located in the University of Medicine of Petrópolis, city of the mountainous region of the state of Rio de Janeiro. Approximately three months of data were collected from the TDR probes and only thirteen days of tensiometer data due to a power outage. TDR-type probes showed fast response time, with clear increases in volumetric humidity with the beginning of a rainfall event. They also showed adequate sensitivity to be used in warning systems, being able to register changes in volumetric humidity with small precipitation amounts. The characteristic curves found by the filter method showed a good correlation with the suctions measured directly by the tensiometer and those obtained indirectly by the TDR probes, by converting the volumetric humidity into suction.

A primeira parte deste trabalho consistiu na instalação de pluviógrafos e linígrafos e levantamento de eventos hidrológicos com a obtenção de dados da distribuição espacial de precipitações observadas e hidrogramas resultantes. Experimentos de infiltração de água no solo foram realizados a partir de infiltrômetro de disco a fim de caracterizar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica na bacia, obtendo-se dois conjuntos de dados que mostraram ser lognormalmente distribuídos com médias iguais a 15,8 mm/h e 5,47 mm/h. Estudo teórico foi conduzido na segunda parte do trabalho compreendendo o desenvolvimento de modelo hidrológico. A concepção do modelo parte da premissa de que toda a área da bacia possa ser representada por células derivadas de um modelo numérico de terreno (MNT), especificando-se em cada célula o equacionamento hidráulico-hidrológico. As heterogeneidades do solo e da precipitação foram estudadas através de simulação do modelo considerando-se distribuições espaciais diferentes para a condutividade hidráulica saturada e eventos de chuva. Os resultados mostraram que as diferenças entre as vazões de pico podem ser maiores que 100% , considerando-se graus de resolução máximo e mínimo quanto à precipitação, e reafirmaram o consenso de que o conhecimento da distribuição espacial da chuva é fundamental na calibração de modelos hidrológicos distribuídos. / In first part of this work consists on the installation of pluviographic, water-height graphs and surveying of hydrological events with obtained data from spatial distribution of precipitation observed and resultant hydrograms. Experiments of water infiltration in the soil were done by an infiltrometer disc to characterize the spatial variability of hydraulic conductivity and the losses of infiltration in the basin obtaining two sets of data that showed to be lognormally distributed in average equal to 15.8 mm/h and 5.47 mm/h. A theoric study was conduced in the second part of work comprehending the development of hydrologic model distributed. The conception of the model proceed from the premise that allbasin area can be represented by cells derived from a Digital Terrain Model (DTM) specifying in each cell the hydraulic equation - hydrologic. The soil heterogeneity and the precipitation were studied by model simulation considering spatial distributions different to the hydraulic conductivity satured of the soil and to pluvial events. The results pointed out the differences among peak outflow can be more than 100% considering minimum and maximumresolution degrees as the precipitation and affirmed the consensus that the acquaintance of the pluvial spatial distribution is fundamental in the adjustment of hydrologic models distributed.

[pt] Os agrotóxicos são utilizados principalmente nas lavouras e se dispersam no ambiente após aplicação, interferindo na qualidade do ar através da volatilização. Esta é influenciada pelas características do solo, características do agrotóxico, condições climáticas, cobertura vegetal e manejo agrícola. O objetivo deste trabalho foi caracterizar com parâmetros geotécnicos quatro solos de diferentes texturas que serviram de base para estudos preliminares de volatilização do herbicida 2,4-D. As propriedades de cada solo são importantes para identificar quais os parâmetros que mais influenciam na volatilização. Estudos foram feitos para desenvolver a metodologia de medição e pesquisar variações de manejo que resultem na menor perda por volatilização. A metodologia adotada utilizou microcosmos preenchidos com os solos previamente acondicionados, simulando a densidade natural. Após a aplicação do 2,4-D, os produtos voláteis foram captados por um processo de aspiração suave para uma resina XAD-2 capaz de sorver o herbicida. O sistema não é fechado para evitar distorções ambientais na temperatura, umidade e no vento, de forma a simular as condições naturais do ambiente. A extração do 2,4-D na resina foi feita pela extração com diclorometano e N-hexano (1:1) e sua quantificação foi realizada através da análise em cromatógrafo líquido com detector UV. A abordagem experimental mostrou que a metodologia utilizada permite grande perda pela ação dos ventos, requerendo um aperfeiçoamento metodológico. Os experimentos em campo foram conduzidos com quatro solos distintos do Rio de Janeiro em que a exposição do herbicida 2,4-D foi feita em duas sucessões distintas: uma com aplicação no início do dia – noite e a outra com aplicação no início da noite – dia, ambas com exposição de 24 horas. Nos cromatogramas das amostras com exposição ao sol foi observado, além do 2,4-D, outro composto em concentrações maiores, indicando possível metabólito. Foi observado que o efeito da umidade intersticial é preponderante sobre os outros parâmetros do solo, como o teor de matéria orgânica, e a volatilização foi maior nos experimentos que começaram no início da manhã comparados aos experimentos iniciados no final da tarde. A captação de voláteis somando os valores medidos na resina e nas espumas de poliuretano mostraram que a máxima volatilização foi no solo arenoso de Tinguá no turno da manhã, enquanto que o mínimo foi no turno da tarde para o mesmo solo. A redução de produtos volatilizados não é só um prejuízo na perda do produto, mas sobretudo uma redução da contaminação aérea, que poderá reduzir a exposição da flora e fauna, assim como a saúde humana. / [en] Pesticides are mainly used in crops and are dispersed into the environment, affecting the quality of the air by volatilization. This is influenced by the characteristics of the soil, pesticide properties, climate conditions, vegetation and agricultural management. It was performed geotechnical caracterization in four different soil textures to use them for preliminary studies of 2,4-D s volatilization. The properties of each soil are important to identify the parameters that most influence the volatilization. Studies have been done to develop the measurement methodology and to study management changes that result in reduced volatilization loss. In microcosm filled with soils simulating natural density was applied the herbicide 2,4-D in field concentrations. Volatilization products were captured by a gentle aspiration device with a XAD-2 resin. The system is not closed to prevent environmental distortions of temperature, umidity and wind, in order to simulate the natural conditions of the environment. The 2,4-D extraction of the resin was performed by extraction with dichloromethane and n-hexane (1:1) and quantification was performed by analyzing a liquid chromatograph with UV detector. The experimental methodology used needs to be improved to have a higher capture efficiency with wind loss reduction. The field experiments were conducted with four different soils of Rio de Janeiro state where exposure of 2,4-D herbicide was made in two separate sequences: one application earlier in the morning and the other application in the late evening, both with 24 hours exposure. In the chromatograms of all samples with sun exposure was observed, in addition to 2,4-D, another compound with higher concentrations indicating a possible photodegradation metabolite. It was observed that the effect of interstitial moisture is predominant over other soil parameters and volatilization was higher in the early morning experiments compared to the experiments started in the late afternoon. Considering the sum of XAD-2 resin and PUF, the maximum volatilization at 24 hour exposure was in the sandy soil of Tinguá during the morning shift, while the minimum was in the afternoon for the same soil. The reduction of volatilized products is not only a manner to enhance agronomic efficiency but mainly to reduce air pollution with a decrease of toxic effects on flora and fauna as well in human health.

A primeira parte deste trabalho consistiu na instalação de pluviógrafos e linígrafos e levantamento de eventos hidrológicos com a obtenção de dados da distribuição espacial de precipitações observadas e hidrogramas resultantes. Experimentos de infiltração de água no solo foram realizados a partir de infiltrômetro de disco a fim de caracterizar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica na bacia, obtendo-se dois conjuntos de dados que mostraram ser lognormalmente distribuídos com médias iguais a 15,8 mm/h e 5,47 mm/h. Estudo teórico foi conduzido na segunda parte do trabalho compreendendo o desenvolvimento de modelo hidrológico. A concepção do modelo parte da premissa de que toda a área da bacia possa ser representada por células derivadas de um modelo numérico de terreno (MNT), especificando-se em cada célula o equacionamento hidráulico-hidrológico. As heterogeneidades do solo e da precipitação foram estudadas através de simulação do modelo considerando-se distribuições espaciais diferentes para a condutividade hidráulica saturada e eventos de chuva. Os resultados mostraram que as diferenças entre as vazões de pico podem ser maiores que 100% , considerando-se graus de resolução máximo e mínimo quanto à precipitação, e reafirmaram o consenso de que o conhecimento da distribuição espacial da chuva é fundamental na calibração de modelos hidrológicos distribuídos. / In first part of this work consists on the installation of pluviographic, water-height graphs and surveying of hydrological events with obtained data from spatial distribution of precipitation observed and resultant hydrograms. Experiments of water infiltration in the soil were done by an infiltrometer disc to characterize the spatial variability of hydraulic conductivity and the losses of infiltration in the basin obtaining two sets of data that showed to be lognormally distributed in average equal to 15.8 mm/h and 5.47 mm/h. A theoric study was conduced in the second part of work comprehending the development of hydrologic model distributed. The conception of the model proceed from the premise that allbasin area can be represented by cells derived from a Digital Terrain Model (DTM) specifying in each cell the hydraulic equation - hydrologic. The soil heterogeneity and the precipitation were studied by model simulation considering spatial distributions different to the hydraulic conductivity satured of the soil and to pluvial events. The results pointed out the differences among peak outflow can be more than 100% considering minimum and maximumresolution degrees as the precipitation and affirmed the consensus that the acquaintance of the pluvial spatial distribution is fundamental in the adjustment of hydrologic models distributed.

Les particules mobiles du sol peuvent transporter des polluants vers la nappe phréatique. Dans les crassiers sidérurgiques, les éléments métalliques lixiviés contribuent à une contamination rapide des eaux du sol. L’objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes qui interviennent dans le transport en solution et sous forme particulaire dans des déchets sidérurgiques stockés sur le long terme. Pour ce faire, une caractérisation complète des compositions minéralogiques et chimiques a été effectuée. Elle révèle que ces déchets sont constitués de minéraux de haute température typiques des laitiers et de minéraux d’altération météorique. Les eaux de percolation montrent des pH élevés, dus à des teneurs élevées en calcium, et des teneurs importantes en aluminium et silicium. Les teneurs en chrome et molybdène, et ponctuellement en vanadium sont élevées dans les lixiviats des laitiers de fusion. L’analyse granulométrique des particules mobilisées, pour des pluies simulées en colonne, indique que leur taille moyenne est de 200 µm, ce qui laisse prévoir une faible mobilité dans les formations sous-jacentes moins perméables. Les calculs de spéciation montrent que les lixiviats sont saturés ou proches de l'équilibre vis-à-vis des silicates calciques hydratés et souvent saturés en molybdate de calcium. / Mobile soil particles can transport pollutants to groundwater. In slag heaps, leached metallic elements contribute to soil water contamination. The aim of this work is to identify the role of slag particles in contaminant transport under unsaturated and saturated conditions. Mineralogical compositions and physicochemical properties of slags are first determined. The analysis show high temperature slag phases and weathering phases. Percolation tests are also carried out in repacked waste columns under infiltration/drying cycles to find out the effects of dry periods on in situ particle mobilization. Preferential flows lead to rapid transport of solute through the repacked column in vadose zone. Leachates are characterized by high pH and high concentrations of calcium, aluminum and silicon, molybdenum, chromium in the fusion slags. Speciation calculations showed that the leachates are saturated in calcium silicate hydrates. Laser size analyzer shows that the slag particles mobilized during the simulated rain events are around 200 µm, which suggests low mobility in the less permeable underlying formations.

[pt] A cidade do Rio de Janeiro apresenta relevo acidentado e clima tropical. Os processos intempéricos que ocorrem na litologia geram os solos residuais e coluvionares. Tendo em vista a limitação espacial de áreas planas, a ocupação antrópica se direciona as áreas de encosta, onde estes solos estão presentes. Ao longo dos anos tem-se estudado que a maioria dos movimentos de massa da cidade do Rio de Janeiro estão relacionados à perda de sucção mátrica do solo. O presente trabalho visa, portanto, a obtenção de parâmetros hidráulicos dos solos não-saturados de maneira simples, rápida e pouco onerosa a fim de viabilizar estudos da infiltração de água em taludes. Para isso, foram estudadas 6 áreas ao longo do Rio de Janeiro, onde a escolha se baseou.na rocha de origem formadora dos solos residuais. Os ensaios do trabalho utilizados foram o Ensaio de Infiltração Monitorada (EIM) e caracterização física, e para efeitos comparativos também foram executados alguns ensaios de Guelph, papel filtro e permeabilidade saturada triaxial. O modelo de interpretação não-saturado usado foi o modelo de van Genutchen-Maulem, e a obtenção de três dos cinco parâmetros foi feita através de uma análise inversa. A curva a ser retroanalisada no ensaio é a série temporal da sucção mátrica. / [en] Rio de Janeiro city is sited on a rugged relief and has a tropical climate. The meteoric processes that take place on its lithology generate the residual and transported soils. Accounting for its limited flat urban space, its habitants tend to live in steep slope areas where such soils are present. For a long time studies have taken place to characterize mass movements and their conclusions relate most of them to the loss of soils matric suction. Therefore the study aims to obtain the unsaturated soil parameters in a simple, rapid and low cost way, which may help future studies of water infiltration on slopes. And thus, 6 locations in Rio de Janeiro were choosen based on the criteria of soil formation, attending different types of gneissic bedrocks. The constitutive model used was the van Genuchten and the method to obtain three of its five parameters was by solving an inverse problem. The curve to be optimized comes from the monitored infiltration test which consists on the record of the matric suction over a constant head infiltration test.

The present work was accomplished in a slope with a pedological system composed of Red Argisol/Gleysol, in a pasture area located in an unit of agricultural production in the municipal district of Santa Maria - RS. It aimed at the characterization morphologic and the physic-hydrical and the discretization of the variability of the loss of soil of the slope. Thirteen aligned profiles were selected in a toposequency, of a total of 57, reconstituted by the polls method. After description the approach of the pedologic system in the thirteen profiles, considering the vertical and lateral succession of the verified horizons, the samples were collected for the chemical and physical-hydrical determinations in laboratory (texture, densities, porosities, retention hydrical and availability of water, saturated hydraulic conductivity and permeability to the air), in three sampling orientations. Furthermore, the soil losses were estimated through the coupling of the Universal Equation of Loss of the Soil - RUSLE, in SIG atmosphere. In the toposequency, three profiles were classified as Gleysol and the others as Red Argisol. Argisols and Gleysols presented variated chemical and physical limitations, producing strong use limitation. The horizons Bt in Argissolos are found in different depths in the studied profiles, implicating different behaviors, depending on the thickness of the horizons upper (suprajacente) The physical-hydrical dynamics of the system is marked by a different behavior among the surface (loam) and the subsurface (clayer), and it should be understood, considering the group of the horizons of each profile, to predict the physical-hydrical behavior of the soil. The saturated hydraulic conductivity of the soil presented a variation along the horizons of the soil profiles in different positions of the landscape, with great differences among the values observed in surface in relation to the ones of the subsurface, identifying the existence of a lateral flow of water in the soil, mainly in the portion of the hillside and its space variation in a topographical sequence. In the podzolic cover, the blockade of vertical drainage occurs in the top of the horizon Bt, generating a more humid zone above. The smallest retention of water in all the profiles occured in the loam horizons, Ap and A1, in all the tensions, while in the deepest horizons, Bt1 and Bt2, there was a larger retention as a consequence of the decrease of the sand tenor and increase of the clay tenor. The transition horizons, AB and BA, presented an intermediate behavior. The available water in the soil for the plants was influenced directly by the texture, which increased with the increment of the sand fraction and it decreases with the increase of the clay fraction. With the drier of the soil the permeability to the air tends to increase due to the drainage of the water of the pores which start to conduct air, being highly dependent of the macroporosity. The animal trampling and the preparation operations promoted an increase of the soil density, resulting in the reduction of the total porosity and of the macroporosity and consequently an increase in the microporosity in the horizons Ap and A1, which suffer the direct effects of the anthropic activity. The methodology application that engagement RUSLE in atmosphere SIG, allowed the discretization of the space variability of the factors that determine the losses, as well as the soil losses in a slope of the Central Depression of RS. / O presente trabalho foi realizado em uma vertente com sistema pedológico composto de Argissolo/Gleissolo, em área de pastagem, localizada em uma unidade de produção agropecuária, no município de Santa Maria RS. Objetivou-se, a caracterização morfológica e físico-hídrica e a discretização da variabilidade das perdas de solo da vertente. Foram selecionados treze perfis alinhados em uma topossequência, de um total de 57, descritos pelo método de tradagem. Após abordagem morfológica do sistema pedológico nos treze perfis, considerando a sucessão vertical e lateral, dos horizontes constatados, procederam-se as coletas de amostras para as determinações químicas e análise granulométricas, e em três orientações de amostragem as determinações físicohídricas (densidades, porosidades, retenção hídrica, condutividade hidráulica do solo saturado e permeabilidade ao ar). Além disso, foi estimada as perdas de solo através do acoplamento da Equação Universal de Perda do Solo RUSLE, em ambiente SIG. Na topossequência, três perfis foram classificados como Gleissolo e os demais como Argissolo Vermelho. Os Gleissolos apresentaram limitações variadas decorrentes do excesso de água e os Argissolos limitações químicas e físicas. O horizonte Bt nos Argissolos, encontra-se em profundidades variadas nos perfis estudados, implicando comportamentos distintos, dependendo da espessura do (s) horizontes (s) suprajacente (s). A dinâmica físico-hídrica do sistema, caracteriza-se por um comportamento distinto entre a superfície (textura média) e a subsuperfície (textura argilosa) devendo ser compreendida, considerando o conjunto dos horizontes de cada perfil, para predizer o comportamento físico-hídrico do solo. A condutividade hidráulica do solo apresentou variação ao longo dos horizontes dos perfis de solo em diferentes posições da paisagem, ocorrendo grandes diferenças entre os valores observados em superfície em relação a subsuperfície, identificando-se a existência de fluxo lateral de água no solo, principalmente, na porção da encosta e a sua variação espacial em uma sequência topográfica. Na cobertura argissólica, o bloqueio de drenagem vertical ocorre no topo do horizonte Bt, originando acima deste uma zona mais úmida. A menor retenção de água em todos os perfis ocorreu nos horizontes com textura média, Ap e A1, em todas as tensões, enquanto que nos horizontes mais profundos, Bt1 e Bt2, houve maior retenção, como consequência da diminuição do teor de areia e aumento do teor de argila. Os horizontes de transição, AB e BA, apresentaram um comportamento intermediário. A água disponível no solo para as plantas foi influenciada diretamente pela granulometria, aumentando nos horizontes com maior percentual de areia e diminuindo com o aumento da fração argila. Com o secamento do solo a permeabilidade ao ar tende a aumentar devido à drenagem da água dos poros os quais passam a conduzir maior quantidade de ar, sendo altamente dependente dos macroporos. O pisoteio animal e as operações de preparo promoveram aumento da densidade do solo, resultando na redução da porosidade total e da macroporosidade e consequentemente um aumento na microporosidade nos horizontes Ap e A1, os quais sofrem os efeitos diretos das atividades antrópicas. A aplicação de metodologia que acopla a RUSLE em ambiente SIG, permitiu a discretização da variabilidade espacial dos fatores que influenciam as perdas, bem como as perdas de solo de uma vertente da Depressão Central do RS.