Cette thèse est une étude de l'applicabilité des profileurs acoustiques Doppler horizontaux (H-ADCP) pour le suivi des flux d'eau et de matières en suspension (MES) dans les rivières. Plus d'un an de données acquises avec des H-ADCP de 300, 600 et 1200 kHz sur quatre sites, sur le Rhône, l'Isère et la Saône, avec des géométries et des conditions de forçage contrastées sont analysées. Les résultats montrent qu'une profondeur de section limitée peut poser problème en raison de la diffusion d'une partie de l'énergie acoustique par la surface libre. De plus, quand l'intensité rétrodiffusée par les particules est trop faible, les mesures de vitesse sont sous-estimées ou plus dispersées par rapport aux mesures de référence. Des relations de vitesse indice sont toutefois établies en fonction de l'intensité et de la concentration afin de corriger les vitesses. La concentration en MES est déterminée à partir de l'atténuation acoustique qui est importante pour des suspensions concentrées de limons (> ~100 mg/L). Les constantes d'atténuation sont obtenues par calage sur des mesures de turbidité~; elles sont proches des valeurs théoriques calculées pour les distributions granulométriques des particules primaires. Les mesures acoustiques de concentration sont en bon accord avec les mesures de référence et reproduisent finement la dynamique temporelle. En outre, l'évolution de la granulométrie est étudiée à partir des mesures multi-fréquences d'atténuation sous l'hypothèse que les distributions granulométriques sont lognormales. Cette étude montre qu'une fois que les conditions limites pour des mesures fiables sont bien établies, le H-ADCP est un outil performant pour le suivi des flux d'eau et de MES dans les rivières, surtout pendant des périodes de fortes concentrations telles que des crues. / The work investigates the feasibility of using horizontal acoustic Doppler current profilers (H-ADCPs) to monitor fluxes of water and suspended sediment in rivers. Year-long data sets acquired with H-ADCPs operating at 300, 600 and 1200 kHz at four sites with varying geometries and flow forcing conditions on the Rhône, Saône and Isère rivers are analyzed. Findings show that limited depth can pose a problem due to scattering of a fraction of the acoustic energy from the air-water interface. A second problem arises when the backscattered intensity from the suspended sediment is too weak; this leads to underestimation or higher variability of the velocity estimates compared to reference values. Nevertheless, index-velocity relationships are established as a function of concentration and intensity in order to correct the velocity measurements. Concentrations of suspended sediment can be determined from the acoustic attenuation, which is substantial for silt-sized particles at concentrations > ~100 mg/L. Attenuation constants obtained by comparison with turbidity data are in good agreement with the theoretical values calculated for the measured grain size distributions of the primary particles. The acoustic measurements of concentration are in good agreement with reference methods in terms of both amplitude and temporal resolution. Grain size is determined from multi-frequency attenuation data, accounting for lognormal grain size distributions. Our findings show that once the limits of accurate velocity measurements are well established for a given site and instrument, the side-looking ADCP can be a valuable tool for monitoring concentration and changes in grain size throughout high concentration events such as floods.

Bei der Behandlung von Tumoren und Metastasen werden neben der moderaten Hyperthermie auch minimalinvasive, thermotherapeutische Verfahren als Alternativen zur chirurgischen Resektion und / oder zur Unterstützung der Radio- und Chemotherapie angewandt, bei denen das Gewebe lokal begrenzt zur gezielten Zerstörung durch Koagulation auf Temperaturen bis zu 100 °C erhitzt wird. Dabei zeigen besonders die interstitiellen Techniken bei der Behandlung von Lebermetastasen und Prostataerkrankungen vielversprechende Ergebnisse, jedoch steht derzeit neben der Magnetresonanztomographie kein kostengünstiges, routinemäßig einsetzbares Verfahren zur nicht-invasiven on-line Therapiekontrolle zur Verfügung, so daß diese Eingriffe meist "blind", auf anatomische Normwerte und praktische Erfahrungen des Arztes gestützt, durchgeführt werden. In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten der nicht-invasiven Ultraschall Kontrolle der Thermotherapien am Beispiel der laserinduzierten interstitiellen Thermotherapie untersucht und zwei Ultraschallverfahren zur Therapiekontrolle vorgeschlagen. Das erste Verfahren basiert auf der Auswertung von lokalen Veränderungen der Laufzeit des Schallsignals zur Ermittelung der Temperaturverteilung im Gewebe. Es beruht physikalisch auf der Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit. Das zweite Verfahren basiert physikalisch auf den Dämpfungseigenschaften von biologischem Gewebe und deren Abhängigkeit von der Gewebestruktur. Mit diesem Verfahren werden Veränderungen in der Frequenzabhängikeit der Dämpfung quantitativ ausgewertet und somit auf den Gewebezustand geschlossen. Beide Verfahren werden im Hinblick auf den klinischen Einsatz entwickelt und in ein experimentelles System zur Therapiekontrolle implementiert, wobei besonderes Augenmerk auf die Entstehung von Störungen und Artefakten durch Patientenbewegungen gelegt und eine Methode zur Kompensation dieser Bewegungen vorgestellt wird. Anhand von in vitro Experimenten und einer ersten in vivo Messung wird gezeigt, daß beide Verfahren zur Therapiekontrolle von thermischen Therapien in Echtzeit tauglich sind. Sowohl anhand von Temperaturkarten als auch anhand von Strukturkarten kann die Läsionsausbreitung während der Therapie nicht-invasiv ermittelt und dargestellt werden. / As alternatives to surgical resection and/or supportive to radio- or chemo-therapy of tumors and metastases minimal invasive thermal treatment procedures besides the moderate hyperthermia are used, by which the tissue is heated up locally to temperatures up to 100 ° C. Particularly the interstitial techniques show promising results with the treatment of liver metastases and prostate cancer. However beside nuclear magnetic resonance tomography there is no economical, by routine applicable procedure for non invasive therapy control at present disposal, so that these interventions are usually executed "blind" by means of anatomical standard values and practical experience of the physician. By the example of the laser induced interstitial thermo-therapy in this work the possibility of non invasive control of thermal therapies by means of ultrasound are evaluated. Two different ultrasonic procedures are proposed for therapy control. The first procedure is based on the analysis of local modifications in the time of flight of the ultrasound signal for determination of the temperature distribution in the tissue. It is based on the physical dependence of the sound velocity on temperature. The second procedure is based on the physical attenuation characteristics of biological tissue and their dependence on the tissue structure. With this procedure changes in the frequency dependence of the ultrasound attenuation are quantitatively analyzed yielding information on the tissue status. Both procedures are developed with regard to the clinical application and are implemented in an experimental system for therapy control, whereby special attention was given to disturbances and artifacts due to patient movement and a method for compensating these movements is presented. With in vitro experiments and a first in vivo measurement it is shown, that both procedures are feasible for real time control of thermal therapies. During the treatment the formation of the therapeutic lesion can be observed and displayed through temperature mapping as well as structural mapping.

Der Neutrinofluss der durch die Wechselwirkung hochenergetischer kosmischer Strahlung mit dem kosmischen Mikrowellenhintergrund entsteht, produziert etwa 0.1 Ereignis/km^3 und Jahr. Um in wenigen Jahren eine ausreichende Anzahl an Ereignissen zu selektieren, muss ein Volumen von mindestens 100 km^3 instrumentiert werden. Die groessten aktuell im Bau befindlichen Detektoren, mit einem Volumen bis zu 1 km^3, benutzen optische Sensoren um das Licht zu detektieren, das durch die Neutrinowechselwirkungen produziert wird. Aus Kostengruenden ist es nicht moeglich mit dieser Technologie 100 mal groessere Detektoren zu bauen. Eine Alternative besteht darin, die durch den bei der Neutrinowechselwirkung entstehenden Teilchenschauer hervorgerufenen akustischen Signale und Radiosignale oder deren Kombination nachzuweisen. Eis ist dafuer ein vielversprechenden Medium, weil es die Moeglichkeit bietet alle drei Signal (optisch, akustisch, radio) nachzuweisen. Eine Grundvoraussetzung fuer die Entwicklung eines solchen Detektors ist die Bestimmung der akustischen Eigenschaften des Eises am Suedpol. Das South Pole Acoustic Test Setup (SPATS) wurde mit dem Ziel gebaut, den Rauschuntergrund, die tiefenabhaengige Schallgeschwindigkeit, die Untergrundereignisrate und die Schall-Abklinglaenge zu messen. Der Detektor besteht aus 4 Trossen, bestueckt mit akustischen Sensoren und Transmittern, die in Tiefen zwischen 80 und 500 m im Eis am Suedpol installiert wurden. Zusaetzlich wurde ein Transmitter (Pinger) entwickelt, der in mehreren wassergefuellten Bohrloechern zum Einsatz kam. Nach drei Jahren ist guter Fortschritt bei der Messung aller beschrieben Groessen erzielt worden. Insbesondere haben es der kombinierte Einsatz von SPATS und des Pingers ermoeglicht, die erste in situ Messung der Abklinglaenge zu 312+68-47 m vorzunehmen. In dieser Arbeit werden die Entwicklung der Hardware, die Analyse und die Resultate dieser Messung vorgestellt. / The neutrino flux generated by the interaction of high energy cosmic rays with the cosmic microwave background is predicted to produce about 0.1 event per km^3 per year. The detection of a sufficient number of events in a few years requires to instrument a volume of at least 100 km^3. The biggest detectors nowadays in construction, covering a volume of about 1 km^3, utilize optical sensors to detect the light produced by neutrino interactions; to extend this instrumentation method by the two necessary orders of magnitude is cost-prohibitive. An alternative is to use the radio or the acoustic signal generated by the neutrino-induced particle cascade, or even better, to use both of them in a hybrid detector. Ice is a promising medium since in principle all three signals can be detected simultaneously. The growing optical experiment IceCube, located at the geographic South Pole, could be complemented with radio and acoustic sensors. A pre-requisite to do so is to measure the acoustic properties of South Pole ice. The South Pole Acoustic Test Setup (SPATS) has been designed to measure background noise, sound speed profile, transient events rate and acoustic attenuation length at that location. The system is comprised of four strings of acoustic sensors and transmitters which are installed at depths between 80 and 500 m. In addition, a retrievable transmitter (called pinger) has been developed and used in several water-filled holes. After almost three years of operation, good progress has been achieved for all the goals. In particular, the attenuation length, one of the most important parameters for determining neutrino detection feasibility, and for which only theoretical estimates were available previously, has now been measured in situ with high confidence to be 312+68-47 m. In this work the hardware developed and the analysis performed to achieve this measurement are presented together with the final result.

Neste trabalho foram avaliados aventais de proteção e blindagens de ovário de cinco fabricantes segundo as normas NBR / IEC 61331-1 e NBR / IEC 61331-3 de 2004. Para a determinação da espessura equivalente de atenuação foram aplicadas três metodologias diferentes (interpolação linear, modelo de Archer e somatório de exponenciais), uma vez que a norma não indica como este valor deve ser obtido. Além disso, foram estimadas as incertezas associadas a cada método e a influência do número de medições na incerteza combinada. As características de confecção avaliadas foram: documento acompanhante, projeto, materiais, dimensões e marcação da etiqueta. Para esta avaliação foi elaborado um formulário que contemplava todas as exigências da NBR / IEC 61331-3. Os resultados mostraram uma grande diferença entre os valores de espessura equivalente de atenuação declarados e medidos. A comparação dos resultados das três metodologias aplicadas mostrou que há pouca variação entre os valores obtidos e entre as incertezas associadas nas diferentes metodologias. Foi possível observar também que o número de medições não contribui significativamente para o aumento da incerteza nas três metodologias. A metodologia que melhor se adequou à rotina do laboratório foi a metodologia da interpolação linear com cinco medições da taxa de kerma no ar. A discrepância entre os resultados apresentados neste trabalho e as exigências das normas estudadas mostra a necessidade de tornar compulsória a certificação dos dispositivos de proteção, contribuindo assim para o aumento da proteção radiológica do usuário. / In this work protective devices of five manufacturers were evaluated according to the NBR/IEC 61331-1 and NBR/IEC 61331-3 standards. Three different methodologies (linear interpolation, Archer model and sum of exponentials) were applied for the determination of the attenuation equivalent, since the standard does not indicate how it must be determined. Moreover, the uncertainties associated to each method, and the influence of the number of measurements in the combined uncertainty were estimated. The evaluated manufacture characteristics were: accompanying document, design, materials, dimensions and label marking. For this evaluation a check list about the requirements of the NBR/IEC 61331-3 standard was elaborated. The results showed a great difference between nominal and measured attenuation equivalent values. The comparison of the results using the three methodologies showed small variations among the obtained values and among the associated uncertainties in the different methodologies. It was possible to observe that the number of measurements does not contribute significantly for the increase of the uncertainty in all three methodologies. The best methodology for the laboratory routine is the linear interpolation methodology, with five measurements for each air kerma rate value. The discrepancy between the results obtained in this work and the requirements of the applied standards show the need to adopt a compulsory certification process for protective devices, thus contributing for the increase of the radiation protection of the users.

Nos últimos anos, a preocupação com a poluição e a contaminação do subsolo provocadas pela disposição de resíduos sólidos urbanos ou industriais tem crescido no Brasil, principalmente no que diz respeito aos lixões e aterros controlados em operação ou desativados na maioria das cidades brasileiras de pequeno e médio porte. A tese apresenta os resultados de diversas campanhas de investigação realizadas no aterro de resíduos sólidos urbanos de Bauru, situado no centro do Estado de São Paulo e sobre o aqüífero Bauru, que aflora em cerca da metade de todo o território paulista. O objetivo foi avaliar a poluição e a contaminação do entorno e do subsolo do aterro, através da utilização de diferentes técnicas de investigação. Entre as técnicas utilizadas, incluem-se: geofísica de superfície, poços de monitoramento, piezocone (CPTU), piezocone de resistividade (RCPTU) e amostragem de solo e água. Ensaios de laboratório de caracterização, resistividade elétrica e com percolação de chorume em amostras indeformadas de solo foram realizados para confirmar e entender melhor o caminhamento e a interação das plumas de contaminação com o meio. Uma revisão de todas as informações prévias sobre as características físicas, hidrogeológicas e de operação do aterro, desde sua implantação, em 1992, foi fundamental para a escolha dos locais para realização dos novos ensaios de campo e re-interpretação dos mesmos. As principais contribuições são: a) Aplicação de novas técnicas de investigação em solos tropicais contaminados; b) Desenvolvimento de um sistema em laboratório para estimativa de parâmetros de transporte de poluentes e para medida de resistividade elétrica em solos tropicais; c) Avaliação da resistividade elétrica como uma ferramenta promissora para investigação geoambiental; d) Avaliação da contaminação e da poluição no aterro a partir de diferentes técnicas de investigação; e) Orientação e sugestões para realização de futuras investigações, sejam na área de estudo ou em outros solos tropicais. Os ensaios geofísicos facilitaram a visualização da dimensão espacial e a detecção dos sentidos das plumas de contaminação existentes na área. Os ensaios de piezocone confirmaram essa contaminação em alguns pontos, utilizando-se amostradores especiais de solo e água. As campanhas de coleta de água dos poços de monitoramento permitiram avaliar a evolução da pluma de contaminação com o tempo. As medidas de resistividade em laboratório possibilitaram definir valores de referência para os solos do aterro, confirmando a grande influência exercida pela mineralogia, intemperismo e grau de evolução dos solos tropicais nos valores de resistividade. Os elevados valores de permeabilidade e dispersividade explicam o aparecimento de mais de uma pluma de contaminação na área: uma principal e permanente a oeste; uma ao sul do aterro, na região de disposição dos resíduos hospitalares; uma a leste do sentido do fluxo subterrâneo, que sofria influencia dos elevados níveis piezométricos de chorume dentro da massa de lixo; e pontos de contaminação centrais, que ocorrem abaixo e a grandes profundidades da base do aterro. Os resultados confirmaram a importância de se integrar diferentes técnicas de investigação geoambiental, diretas e indiretas, para melhor avaliar casos de contaminação e poluição em solos tropicais, de gênese e comportamento complexos, e presentes em grande parte do território brasileiro. Propostas para melhoramento e realização de futuros ensaios na área, assim como de ordem prática para recuperação, monitoramento e operação do aterro são apresentadas, a fim de melhorar a qualidade das condições in situ locais. / For the last years, the concern about pollution and contamination of the soil and groundwater caused by the industrial and municipal solid waste disposal sites has increased in Brazil. Due to the non-application of the environmental guidelines for landfill construction and operation, dumps and controlled dumps in operation or deactivated, located in small and medium-size brazilian cities, have called the attention about this problem. This Thesis presents the results of several tests carried out at the Bauru\'s municipal solid waste disposal site, located in the center of São Paulo State and above the Bauru\'s aquifer, which appears at approximately half São Paulo State superficial area. The main objective was to assess the pollution and contamination caused by this landfill, using different techniques for geoenvironmental site investigation. These techniques included: superficial geophysics, monitoring wells, piezocone (CPTU), resistivity piezocone (RCPTU) and soil and water sampling. Laboratory tests including characterization, electrical resistivity measurements and pollutant transport in undisturbed soil samples were conducted to verify and to better understand the contamination plumes pathways and their interaction with the environmental site. A review of all existing data about the site, hydrogeological characteristics and operation of the landfill, since it was idealized in 1992, were also important for a better selection of new in situ tests and (re) interpretation of them. The main contributions are: a) Application of new site investigation techniques in contaminated tropical soils; b) Development of a system in laboratory for pollutants transport parameters estimation and electrical resistivity measurements in tropical soils; c) Evaluation of the electrical resistivity measures as a promising tool for geoenvironmental researches; d) Pollution and contamination assessment of the site based on the different techniques; e) Directions and suggestions for future site investigations at the study site or in other tropical areas. The geophysical tests facilitated the visualization of the spatial distribution and directions of the local contamination plumes. The piezocone tests confirmed this contamination in some local spots, supported by special soil and water samplers. Numerous groundwater samples collected from the permanent monitoring wells allowed the assessment of the contamination plumes evolution as time passed by. The resistivity measurements in laboratory detected background resistivity values for the local soils, confirming the great influence of the mineralogy, weathering and degree of evolution of the tropical soils. The high permeability and dispersivity values explain the occurrence of more than one contamination plume at the site: a principal and permanent plume located to the west side; on the south of the landfill, where medical wastes were disposed; to the east side of the groundwater flow, caused by the high piezometric leachate levels inside the landfill; and some central spots of contamination occurring below and deep inside the landfill. The results confirmed the importance of the integration of different techniques for geoenvironmental site investigation, using direct and indirect methods to better understand the contamination and pollution in tropical soils, which have complex genesis and behavior, and take place in a great part of the brazilian territory. Practical proposals to improve and carry out new tests at the site, as well as for recovering plans, monitoring and operation of the landfill are presented in order to improve the local in situ conditions.

A maioria dos municípios brasileiros dispõe os resíduos sólidos domiciliares em locais a céu aberto, sem controle e critério, contribuindo para a poluição das águas superficiais e do lençol freático. Estudos da contaminação de solos e seus mecanismos são cada vez mais explorados devido à necessidade de segurança, a longo prazo, exigida para sistemas de contenção de resíduos. A movimentação de chorume dos aterros para os solos, águas superficiais e subterrâneas coloca em risco a saúde pública pela contaminação. Estudos recentes constataram a existência de processos que permitem a atenuação natural dos contaminantes presentes nestes percolados. O adequado entendimento destes processos pode dar origem a uma série de benefícios possíveis de serem aplicados em aterros antigos, novos ou naqueles que ainda serão concebidos. O presente trabalho avaliou a atenuação de contaminantes, presentes no chorume, pelo solo por meio de experimento desenvolvido em colunas de percolação. O chorume e o solo utilizados neste experimento são provenientes do aterro sanitário de São Carlos - SP. O solo utilizado foi caracterizado quanto à composição físico-química para verificar o transporte do percolado nas colunas e a interação solo-contaminante. As curvas características do transporte de contaminantes traçadas apresentaram baixas concentrações de Pb (Chumbo), Cd (Cádmio), Fe (Ferro), Zn (Zinco) e Mn (Manganês) nas amostras efluentes. Já o Na (Sódio), K (Potássio), Cl (Cloro), Ni (Níquel) e Cu (Cobre) foram preferencialmente lixiviados com o chorume percolante, evidenciando a variação da faixa de concentração de cada elemento no percolado. Os perfis de concentração dos metais pesados mostraram que existe uma frente de contaminação, apresentando uma relação entre a concentração do metal sorvido no solo e sua concentração no percolado. As curvas de retenção de metais no solo mostraram que o Cd, Pb, Cr, Cu e Mn foram preferencialmente sorvidos no solo em relação ao Fe, Zn e Ni. O solo em questão apresentou bom potencial para retenção dos contaminantes presentes no chorume, apesar de ser classificado como arenoso e de suas características químicas não se enquadrarem nos parâmetros adequados para sua utilização em áreas de disposição de resíduos sólidos urbanos. Seu uso em base de aterros sanitários de pequeno porte pode ser considerado, desde que suas características sejam melhoradas por meio da mistura com geossintéticos. Este procedimento acarreta certa economia na construção de camadas impermeabilizantes, pois dispensa o uso de argilas e evita seu transporte de locais distantes do aterro. / The most of brazilian municipal cities disposes solid waste in places at opened sky, without control and criterion, contributing to the pollution of the surface and groundwater. Studies concerning soil contamination and their mechanisms have been explored more and more due to the long term security requirements demanded for residue containment systems. The movement of leachate from the landfill to the soils, surface and groundwaters put on risk the public health because of the contamination. Recent studies verify the existence of processes that allow the attenuation in natural way of the present pollutants in these leachates. The appropriate understanding of these processes propitiates a series of possible benefits of they be applied in old landfill, new or in those that will be implanted. The present work evaluated the attenuation of pollutants, presents in the leachate by the soil through experiment developed in percolation columns. The leachate and soil used in this experiment have came from the sanitary landfill of São Carlos - SP. The collected soil was characterized as to composition physical-chemical to verify the transport of the leachate in the columns and the interaction soil-pollutant. The breakthrough curves traced have been observed that Pb (Lead), Cd (Cadmium), Fe (Iron), Zn (Zinc) and Mn (Manganese) came in low concentration in the effluents leachate. Already the Na (Sodium), K (Potassium), Cl (Chlorine), Ni (Nickel) and Cu (Copper) have been preferably leached with the leachate, showing occurrence of a wide range of concentrations of each species at leachate. Concentration profiles of the heavy metals indicated the existence of a contamination plume, showing relationship between concentration of the metal absorved in the soil and in the leachate. The curves of material´s retention for the soil showed that the Cd, Pb, Cr, Cu and Mn were preferably absorved by the soil in relation to the Fe, Zn and Ni. The soil in subject has presented good potential of retention for the present pollutants in the leachate in spite of being classified as sandy and they chemical characteristics don\'t frame in the appropriate parameters for use in areas of solid waste disposal. Your use in base of sanitary landfill of small load can be considered, since your characteristics have been improved through the mixture of this soil with geo synthetics, involving certain economy at construction of waterproof layers, exempting the clay use and avoid the transport of this material for distant places of the landfill.

Define-se infiltração da água no solo como a entrada da água através da superfície do solo. O processo de infiltração separa, assim, quanto da precipitação pluvial, por exemplo, flui sobre a superfície do solo e quanto flui abaixo da superfície do solo, esta última tanto vertical como horizontalmente. Diversos fatores interferem neste processo, podendo-se destacar aqueles relacionados ao tipo de solo e declividade do terreno e às características do solo e da cobertura vegetal, bem como aquelas relacionadas à precipitação. São conhecidas diversas equações de infiltração, propostas para expressar a lei da infiltração da água em solos, que é o gráfico da taxa de infiltração da água com o tempo. São equações desenvolvidas empiricamente ou a partir de considerações físicas e aplicam-se somente a solos homogêneos e que permanecem homogêneos durante o processo. Dados da literatura têm mostrado que para nossos solos o avanço da frente de molhamento no processo de infiltração vertical também é proporcional à raiz quadrada do tempo, como a solução da equação de Richards obtida por Philip para a infiltração horizontal, porém com uma velocidade maior. Dado este fato, levanta-se a hipótese de utilizar a equação proposta por Philip para a infiltração na direção horizontal também para a direção vertical, em colunas com amostra de solo indeformada e com amostra de solo homogeneamente remodelada. Este trabalho trata do processo da infiltração de água no solo, especificamente a vertical descendente. Pretendeu-se avaliar as equações clássicas da lei da infiltração em amostras homogêneas de três solos estruturalmente distintos com estrutura deformada e indeformada. O experimento foi conduzido em latoratório, em nove colunas com amostras de três solos com características distintas, sendo um Cambissolo Háplico, um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico e um Nitossolo Vermelho eutroférrico. As curvas da taxa de infiltração foram determinadas em laboratório e o conteúdo de água foi determinado pela técnica da atenuação gama. A equação proposta por Kostiakov para a lei da infiltração ajustou-se muito bem (máximo R2 para todos os solos, com exceção da coluna indeformada do Nitossolo) por praticamente coincidir com a equação de ajuste estatistico dos dados. Já o mesmo não ocorreu com a equação proposta por Horton para a qual os coeficientes de determinação variaram de 0,528 a 0,898 (sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). Com relação ao modelo de Green & Ampt que, ao contrário das equações de Kostiakov e Horton que são modelos empíricos, pode-se dizer tratar-se de um modelo semi-analítico, os ajustes dos dados também não foram muito bons (R2 variando de 0,802 a 0,898, sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). O modelo quase todo analítico de Philip, baseado na solução da equação de Richards para a direção horizontal, ajustou-se muito bem aos dados desta pesquisa que foi desenvolvida para a direção vertical descendente, visto que o gráfico da posição de frente de molhamento em relação a fonte de água em função da raiz quadrada do tempo de infiltração resultou numa linha reta com alto coeficiente de determinação para todas as amostras (R2 maior que 0,99 para as deformadas e R2 maior que 0,95 para as deformadas). Todos os modelos apresentaram um ajuste ruim (R2 menor que 0,1) para a coluna indeformada do solo 3 (Nitossolo). Provavelmente devido à presença de bioporo no interior da coluna, com fluxo preferencial da água ou também ao processo de amostragem que é muito dificuldato devido a forte estruturação deste solo. / Soil water infiltration is defined as the entry of water through the soil surface. The infiltration process thus separates how much of the rainfall, for example, flows over the soil surface and how much it flows below the surface of the soil, the latter both vertically and horizontally. Several factors interfere in this process, being possible to highlight those related to the type of soil and slope of the terrain and to the characteristics of the soil and vegetation cover, as well as those related to precipitation. Several infiltration equations are known, proposed to express the law of water infiltration in soils, which is the graph of the infiltration rate of water as a function of time. They are equations developed empirically or from physical considerations and apply only to homogeneous soils that remain homogeneous during the process. Literature data have shown that for our soils the advance of the wetting front in the vertical infiltration process is also proportional to the square root of the time, as the solution of the Richards equation obtained by Philip for horizontal infiltration, but with a higher velocity. Given this fact, the hypothesis is proposed to use the equation proposed by Philip for the infiltration in the horizontal direction also for the vertical direction, in columns with undisturbed soil sample and with homogeneously remodeled soil sample. This work deals especifically with the process of vertical descending soil water infiltration. It was intended to evaluate the classical equations of the infiltration law in homogeneous samples of three structurally distinct soils with disturbed and undisturbed structure. The experiment was carried out in a laboratory, in nine columns with three soils distinct characteristics, being a Haplic Cambisol, a Dystrophic Yellow Red Latosol and an eutrophic Red Nitosol. The infiltration rate curves were determined in the laboratory and the water content was determined by the gamma ray attenuation technique. The equation proposed by Kostiakov for the infiltration law adjusted very well (maximum R2 for all soils, except for the undisturbed Nitosol column) since it practically coincide with the equation of statistical fit of the data. The same did not occur with the equation proposed by Horton for which the coefficients of determination ranged from 0,528 to 0.898 (not considering the undisturbed column of Nitosol. In relation to the Green & Ampt model, unlike the Kostiakov and Horton equations that are empirical models, it can be said that it is a semi-analytical model, the data adjustments were also not good changing from 0,802 to 0,848 also not considering the undisturbed Nitosol. Philip\'s almost all-analytical model, based on the solution of the Richards equation for the horizontal direction, fitted very well the data from this work that were conducted in the downward vertical direction, since the graph of the wet facing front position the water source as a function of the square root of the infiltration time resulted in a straight line with a high coefficient of determination for all samples (R2 greater than 0.99 for the deformed and R2 greater than 0.95 for the deformed ones). All models presented a poor fit (R2 less than 0.01) for the undisturbed soil 3 column (Nitosol). Probably due to the presence of biopore inside the column, with preferential flow of water or to the sampling process that is very difficult due to the strong structure of this soil.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaqueline Ap Borges.pdf: 4346896 bytes, checksum: 7cddb136f61196f7c1bd6d777eaee0bc (MD5) Previous issue date: 2015-09-11 / In this study, the Computed Tomography (CT) and gamma-ray attenuation (GRA) techniques were used in the investigation of representative sample sizes for attributes related to soil structure. First of all, the representative elementary length (REL) for experimental measurements of soil mass attenuation coefficient (μes), of samples from a sandy and a clayey soil, was analyzed. The study was conducted with two radioactive sources (241Am and 137Cs), three collimators (2–4 mm diameters), and 14 thickness (x) samples (2–15 cm). From these analyzes, it was possible to identify an ideal thickness range for each of the studied sources (2-4 cm and 12-15 cm for the sources of 241Am and 137Cs, respectively). The application of such results in representative elementary area evaluations, in clayey soil clods via CT, indicated that experimental soil mass attenuation coefficient average values obtained for x>4 cm and source 241Am might induce the use of samples which are not large enough for soil bulk density evaluations. Subsequently, μCT images with a total volume of 39×39×33 mm3 and spatial resolution of 60 μm were used for macroporous system morphological characterization of a Rhodic Ferralsol with clayey texture, under no-till (NT) and conventional till (CT) systems. Attributes as macroporosity (MAP), number of macropores (NMAP), tortuosity (τ) and connectivity (C) of the pores were assessed. The C degree was estimated based on the Euler-Poincaré characteristic (EPC). Once 3D images enable the study of these attributes in different sample volumes, the proposed study is ideal for the analysis of representative elementary volume (REV). Usually, the selection of subvolumes for REV analysis occurs concentrically to a small volume or in adjacent positions. Here, we introduced a new method for selecting the positions of subvolumes, which are randomly chosen within the total image volume (random selection). It was observed that higher fluctuations in amplitude of each analyzed property values occurred for smaller subvolumes and random selection. When these positions are randomly selected, all regions of the sample have the same probability of occurrence. Thus, the subvolumes can be selected from regions that exhibit similar characteristics, or which are quite different from each other. The results allowed the study of each of these attributes in function of the analyzed sample volume. Such analysis enabled the identification of a REV for MAP and τ measurements for both soils. However, NMAP and CEP showed no indication of stabilization within the total sample volume analyzed (39×39×33 mm3). From this study, it was possible to detect the influence of each management systems (NT and CT) on the macroporous system. In general, results obtained for soil under PC showed higher regularity, which is probably due to its homogenization induced by the plowing, conducted twice a year. / No presente estudo, as técnicas de tomografia computadorizada (TC) e atenuação de raios gama (AGR) foram utilizadas na investigação do tamanho representativo de amostras para atributos referentes à estrutura do solo. Primeiramente, foi analisado o comprimento elementar representativo (CER) de amostras de um solo de textura arenosa e outro de textura argilosa para medidas experimentais do coeficiente de atenuação de massa do solo (μes). O estudo foi realizado com duas fontes radioativas de raios gama (241Am e 137Cs), três aberturas de colimadores circulares (2-4 mm) e 14 espessuras (x) distintas de amostras deformadas de solo (2-15 cm). A partir destas análises foi possível identificar um intervalo de espessura ideal para cada uma das fontes estudadas (2–4 cm e 12–15 cm para as fontes de 241Am e 137Cs, respectivamente). A aplicação dos resultados obtidos para a fonte de 241Am, e solo argiloso, em avaliações de área elementar representativa (AER) para medidas de densidade do solo (ρs) via TC, indicaram que os valores médios de μes para x>4 cm podem induzir ao uso de amostras com tamanho não representativo. Na sequência, imagens de microtomografia de raios X (μTC), com volume total de 39×39×33 mm3 e resolução espacial de 60 μm, foram utilizadas para a caracterização micromorfológica do sistema macroporoso de um Latossolo vermelho de textura argilosa, submetido aos sistemas de manejo de plantio direto (PD) e plantio convencional (PC). Foram analisados atributos físicos como macroporosidade (MAP), número de macroporos (NMAP), tortuosidade (τ) e conectividade (C) dos poros. O grau de C dos poros foi estimado a partir da característica de Euler-Poincaré (CEP). Uma vez que imagens 3D possibilitam o estudo destes atributos em diferentes volumes de amostra, o estudo proposto é ideal para a análise de volumes elementares representativos (VERs). Geralmente, a seleção dos subvolumes para análises de VER se dá concentricamente a um volume de origem ou em posições adjacentes a este. Neste trabalho foi introduzida uma nova forma de seleção da posição dos subvolumes, os quais são selecionados randomicamente dentro do volume total da imagem (seleção aleatória). Observou-se que as maiores amplitudes de flutuações nos valores de cada atributo analisado ocorreram para os subvolumes menores quando selecionados de forma aleatória, em comparação à seleção centralizada. Quando estas posições são selecionadas aleatoriamente, todas as regiões da amostra têm a mesma probabilidade de ocorrência. Com isso, os subvolumes podem ser selecionados em regiões que apresentem características similares, ou então, que sejam muito diferentes umas das outras. Os resultados permitiram o estudo de cada um destes atributos em função do volume de amostra analisado. Tais análises possibilitaram a identificação de um VER para medidas de MAP e τ para os dois solos estudados. No entanto, a NMAP e a CEP não apresentaram indícios de estabilização até o volume total de amostra analisado (39×39×33 mm3). Quanto aos dois sistemas de manejo avaliados (PD e PC), foi possível detectar a influência de cada um deles na estrutura macroporosa do solo. De uma forma geral, o solo sob PC apresentou maior regularidade nos resultados obtidos, o que se deve à homogeneização do mesmo induzida pelo revolvimento do solo realizado duas vezes ao ano.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Talita Rosas Ferreira.pdf: 6282017 bytes, checksum: f3b7825f0878fb8865db212f2fd79a70 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The computed tomography (CT) represents a technique that provides images of samples, allowing the study of different soil physical phenomena by qualitative and quantitative analysis in 2D and 3D. In the area of applied physics to porous media is a matter of investigation the definition of representative elementary areas (REA) regarding measurements of physical properties of this media. REA is related to the minimum area of a sample needed to represent its characteristics of interest. The aim of this study was to define REAs to be adopted for density (ρs) measurements from sample soil collected in volumetric rings. Having this purpose in mind, three soils with different textures were analyzed: Geric Ferralsol (GF), Rhodic Ferralsol (RF) and Eutric Nitosol (EN). Six samples from each soil were submitted to the method of volumetric ring (VR) and CT for ρs evaluation. A first generation tomograph equipped with 241Am gamma-ray source was used in the image acquisition. Consecutive areas were selected according to three different schemes (consecutive areas increasing from a first area selected at the center of the image and consecutive areas increasing from a first area selected at the inferior and superior borders of the sample) with size areas ranging from 1.2 to 678.8 mm². For ρs measurements, the following criteria were adopted: 1) relative deviation (RD) between ρs – RV and each of the areas not superior to 10, 8, 6, 4 and 2%; 2) RD between ρs - CT obtained for the last area selected inside the tomographic image and each of the remaining areas equally not superior than the criteria from item 1; 3) that at least three consecutive areas must not differ in RD values among themselves, using the variation criterion presented in items 1 and 2. It was considered that the REA for ρs was reached at the variation criteria of 4%. The REA found for ρs, according to the area selection starting from the center, superior and inferior borders of the tomographic images, were: 432.0; 393.3 and 334.0 mm² (GF), 473.1; 457.4 and 393.3 mm² (RF) and 349.7; 457.4 and 334,0 mm² (EN), respectively. The results obtained by the area selection starting from the center were assumed to be the real values of REA for the studied soils. In this study, it was also proposed an alternative criterion of analysis based on the results obtained, which use as reference, simultaneously, the methods of VR and CT. Therefore, it was possible to define that áreas measuring 432.0 mm² e 349.7 mm² provide, respectively , reliable density values for the LVA and NV soils. / A Tomografia Computadorizada (TC) é uma técnica que fornece imagens do interior de amostras, permitindo a investigação de diferentes fenômenos físicos que ocorrem no solo por meio de análises qualitativas e quantitativas em 2D e 3D. Na área de física aplicada a meios porosos, uma questão que vem sendo estudada nos últimos anos diz respeito à definição de áreas elementares representativas (AER) para medidas de propriedades físicas desses meios. A AER está relacionada com a área mínima de uma amostra, necessária para representar suas características de interesse. O objetivo deste estudo foi definir AERs para medidas de densidade (ρs) de amostras de solo coletadas em anéis volumétricos. Para isso, três solos de diferentes texturas foram analisados: Latossolo Vermelho-amarelo (LVA), Latossolo Vermelho (LVE) e Nitossolo Vermelho (NV). Seis amostras de cada solo foram submetidas a dois métodos para determinação da sua ρs: método do anel volumétrico (AV) e da TC. Para a obtenção das imagens foi utilizado um tomógrafo de raios gama de primeira geração equipado com fonte de 241Am. Foram selecionadas, nas imagens tomográficas, áreas consecutivas, de acordo com três diferentes esquemas (áreas concêntricas crescentes a partir de uma área no centro da amostra e áreas crescentes a partir de uma área selecionada nas bordas inferior e superior da amostra), com áreas variando de 1,2 até 678,8 mm². Para medidas de ρs, os seguintes critérios foram adotados para a definição da AER: 1) desvio relativo (DR) entre o valor médio de ρs - AV e cada uma das demais áreas não superior a 10, 8, 6, 4 e 2%; 2) DR entre o valor médio de ρs - TC obtido para a última área (UA) selecionada na imagem tomográfica e para cada uma das demais áreas igualmente não superior aos critérios do item 1; 3) que pelo menos três áreas consecutivas não devessem diferir entre si nos valores de ρs, de acordo com os itens 1 e 2. Considerou-se que a AER para a ρs foi atingida no critério de variação de 4%. As AERs obtidas para ρs, de acordo com uma seleção de áreas partindo do centro, face inferior e face superior das imagens tomográficas foram, respectivamente, 432,0; 393,3 e 334,0 mm² (solo LVA), 473,1; 457,4 e 393,3 mm² (solo LVE) e 349,7; 457,4 e 334,0 mm² (solo NV). Os resultados obtidos por meio da seleção de áreas partindo do centro das imagens tomográficas foram adotados como valores oficiais de AER dos solos estudados. Também foi proposto neste trabalho um novo critério de análise baseado nos resultados que utilizam como referência os métodos do AV e da TC, simultaneamente, a partir do qual foi possível determinar que as áreas de tamanho 432,0 mm² e 349,7 mm², respectivamente, fornecem valores de densidade confiáveis para os solos LVA e NV.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos semianalíticos para estudar os parâmetros de qualidade da imagem (contraste objeto, SC, e razão contraste-ruído, CNR) e a dose glandular normalizada (DgN ) em mamografia convencional e digital. As características de 161 amostras de tecidos mamários (coeficiente de atenuação linear e densidade) e os espectros de raios X mamográficos foram determinados experimentalmente, visando construir uma base de dados consistente destas grandezas para serem utilizadas nos modelos. Os coeficientes de atenuação linear foram determinados utilizando um feixe de raios X polienergético e um detector de Si(Li), e as densidades foram medidas utilizando o método da pesagem hidrostática. Os espectros de raios X de um equipamento industrial, que simula as qualidades de radiação de mamografia, foram medidos utilizando detectores de Si(Li), CdTe e SDD. A resposta de cada detector foi determinada por simulação Monte Carlo (MC). Os modelos semianalíticos desenvolvidos neste trabalho permitem calcular a deposição de energia na mama e no receptor de imagem, e foram utilizados para estudar o SC, a CNR e a DgN, para diferentes tipos de mama (espessura e glandularidade) e características do espectro incidente (combinação ânodo/filtro, potencial do tubo e camada semirredutora), bem como permitem avaliar a figura de mérito (FOM) em mamografia convencional e digital. Os resultados de coeficiente de atenuação e densidade para os diferentes grupos de tecidos mamários, mostram que os tecidos normais fibroglandulares e neoplásicos possuem características similares, enquanto tecidos normais adiposos apresentam menores valores destas grandezas. Os espectros medidos com cada detector, e devidamente corrigidos por suas respostas, mostram que os três tipos de detectores podem ser usados para determinar espectros mamográficos. Com base nos resultados de SC e CNR, foram estimados limites de detecção de nódulos em mamografia convencional e digital, que se mostraram similares entre si. Os resultados de SC, CNR e DgN obtidos também destacam a importância da escolha do modelo da mama e da base de dados de coeficiente de atenuação e espectros de raios X utilizados, uma vez que estes são responsáveis por uma grande variação nas grandezas estudadas. Além disso, os resultados de FOM mostram que, para mamas finas, a combinação Mo/Mo, tradicionalmente utilizada, apresenta o melhor desempenho, enquanto as combinações W/Rh e W/Ag são as mais indicadas para mamas espessas. Para mamas de espessuras médias, a melhor combinação depende da técnica utilizada (convencional ou digital). Finalmente, verificou-se que os modelos semianalíticos desenvolvidos permitem a obtenção de resultados de forma prática e rápida, com valores similares aos obtidos por simulação MC. Desta forma, estes modelos permitirão estudos futuros a respeito da otimização da mamografia, para outros tipos de mama e condições de irradiação. / In this work, semianalytical models were developed to study the image quality parameters (subject contrast, SC, and contrast-to-noise ratio, CNR) and the normalized average glandular dose (DgN) in conventional and digital mammography. The characteristics of 161 breast tissue samples (linear attenuation coefficient and density), and the mammographic x-ray spectra were determined experimentally, aiming to establish a consistent experimental database of these quantities to be used in the models. The linear attenuation coefficients were determined using a polyenergetic x-ray beam and a Si(Li) detector, and the densities were measured using the buoyancy method. The x-ray spectra from an industrial equipment, which reproduces the mammographic qualities, were measured using Si(Li), CdTe and SDD detectors. The responses of the detectors were determined using Monte Carlo (MC) simulation. The semianalytical models developed in this work allow computing the energy deposited in the breast and in the image receptor, and they were employed to study the SC, CNR and DgN, for different types of breast (thickness and glandularity) and incident x-ray spectra (anode/filter combination, tube potential and half-value layer). These models also allow evaluating the figure of merit (FOM) for conventional and digital mammography. The results of attenuation coefficient and density for the tissues analyzed show similar characteristics for the normal fibroglandular and neoplasic breast tissues, while the adipose tissue presents lower values of these quantities. From the x-ray spectra obtained using each detector, and corrected by their respective responses, it is observed that the three types of detectors can be used to determine mammographic spectra. Detection limits for nodules were estimated from the results of SC and CNR, and they were similar for both cases. The results of SC, CNR and DgN also show the importance of the choice of the breast model, and of the database of attenuation coefficient of breast tissues and x-ray spectra, since they largely influence the studied quantities. Besides, the results for FOM show that, for thin breasts, the Mo/Mo spectrum exhibits the better performance, while the W/Rh and W/Ag spectra are recommended for thicker breasts. For average thickness breasts, the more indicated spectra depend on the employed technique (conventional or digital). Finally, it was verified that the semianalytical models developed in this work provided results in a fast and simple way, with a good agreement with those obtained by using MC simulation. Therefore, these models allow further studies, regarding optimization of mammography, for other breast characteristics and irradiation parameters.