Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Central Depression is an area with sedimentary rocks, presenting a large variety of soils. In highlands Alfisols are found, whereas in lowlands Planosols and Endoaqualf. The morphological, physical and chemical characteristics define the ability of the use and management of theses soils. In the Alfisols, grain production in no-till system is a very common practice. The Endoaqualfs, because of its hydromorphic characteristics, are used for rice cultivation. In general, the agricultural use changes the soil properties. With the intention to analyze the effect of agricultural use on soil properties two studies were performed: (1) Physico-hydraulic and mechanical behavior of an Endoaqualf under different uses; (2) Soil physico-hydraulic and mechanical properties and chisel energy demand in a compacted Alfisol. Both soils are located in the experimental area of de Soil Department of the UFSM. The objective of the first study was to identify the influence of the soil use with irrigated rice in the physico-hydraulic and mechanical properties when compared to the soil maintained without agricultural use. In the second study, were evaluated the effect of soil compaction on its physicohydraulic and mechanical properties and on chisel energy demand, and to quantify the behavior of these properties below the chisel working depth. For both studies, the particle size, bulk density, porosity and soil compressibility were determined. In the first study the water retention curve was also determined. In the second study the soil resistance to mechanical penetration, the hydraulic conductivity, the area and mobilized volume and the efforts required by the chisel were also determined. The agricultural use affected the physical quality of the Endoaqualf, increasing the bulk density and reducing the macroporosity values, without cause, however, larger changes in total porosity and microporosity when compared with the treatments maintained without agricultural use. The compression index was significantly influenced by the soil bulk density, initial degree of saturation, silt content, silt + clay content and total organic carbon content, while the preconsolidation stress was not significantly affected by the soil properties evaluated. The soil use with irrigated rice did not alter the preconsolidation stress and the compression index when compared the condition of absence of agricultural use. In the second study, compaction increased both soil the bulk density and resistance to mechanical penetration, reducing the total porosity and the macroporosity, without causing significant effects in microporosity. The traffic of the 10 Mg loader reduced the susceptibility to compaction and increased the load bearing capacity to a depth of 0.20 m. The compaction increased the chisel energy demand in 21,64%, increasing the mean value of traction effort from 5,33 kN to 6,35 kN. Soil chiseling did not increase soil compaction below the chisel working depth in the Alfisol. The use of soil, generally, change the physico-hydraulic and mechanical properties, and these changes are dependent on the soil properties, mainly, how much and under what conditions the soil is used and managed. / A Depressão Central é uma área com rochas sedimentares diversas, apresentando grande variedade de solos. Nas coxilhas são encontrados Argissolos, enquanto que nas várzeas, Planossolos e Gleissolos. As características morfológicas, físicas e químicas definem aptidões quanto ao uso e ao manejo dessas classes de solo. Nos Argissolos, a produção de grãos sob o sistema de semeadura direta é uma prática bastante difundida. Os Gleissolos, pelas suas características hidromórficas, são aptos ao cultivo de arroz irrigado. De maneira geral, o solo mantido em estado natural apresenta características físicas adequadas ao desenvolvimento normal das plantas. No entanto, o uso agrícola altera, normalmente, as propriedades do solo. Com o intuito de analisar o efeito do uso agrícola no solo, foram realizados dois estudos: (1) Comportamento físico-hídrico e mecânico de um Gleissolo Háplico sob diferentes usos; (2) Propriedades físico-hídricas e mecânicas e demanda energética requerida pela haste escarificadora em Argissolo Vermelho-Amarelo sob compactação adicional. Ambos os solos estão localizados na área experimental do Departamento de Solos da UFSM. O primeiro estudo objetivou identificar a influência do uso do solo com cultivo de arroz irrigado nas propriedades físico-hídricas e mecânicas, quando comparado ao solo mantido sem uso agrícola. No segundo estudo, avaliou-se o efeito da compactação nos atributos físico-hídricos e mecânicos e na demanda energética solicitada pela haste escarificadora e analisou-se o comportamento das propriedades físico-hídricas e mecânicas abaixo da profundidade de trabalho da haste escarificadora. Para ambos os estudos, foram realizadas as determinações de granulometria, densidade, porosidade e compressibilidade do solo. No primeiro estudo, foi determinada ainda a curva de retenção de água. No segundo estudo, avaliou-se ainda a resistência mecânica à penetração, a condutividade hidráulica saturada, a área e volume mobilizado e esforços solicitados à haste escarificadora. O uso agrícola afetou a qualidade física do Gleissolo Háplico em estudo, elevando os valores de densidade e reduzindo os valores de macroporosidade, sem causar, porém, maiores alterações na porosidade total e na microporosidade, quando comparado ao tratamento mantido sem uso agrícola. O índice de compressão foi significativamente influenciado pela densidade do solo, grau de saturação inicial, teor de silte, teor de silte + argila e teor de carbono orgânico total, enquanto que a pressão de preconsolidação não foi afetada significativamente pelos atributos do solo avaliados. O uso do solo com cultivo de arroz irrigado não alterou a pressão de preconsolidação e o índice de compressão, quando comparado à condição de ausência de uso agrícola. No segundo estudo, observou-se que a compactação elevou a densidade e a resistência mecânica à penetração do Argissolo, reduziu a porosidade total e a macroporosidade, porém sem causar efeitos significativos na microporosidade. O tráfego da pá carregadora de 10 Mg reduziu a suscetibilidade à compactação e elevou a capacidade de suporte de carga até a profundidade de 0,20 m. A compactação aumentou a demanda energética da haste escarificadora em 21,64%, o que elevou os valores médios de esforço de tração de 5,33 para 6,35 kN. A escarificação não elevou o estado de compactação do solo abaixo da profundidade de trabalho da haste escarificadora no Argissolo. O uso do solo, de maneira geral, altera as propriedades físicas, hídricas e mecânicas, sendo que essas alterações são dependentes das características do solo e, principalmente, quanto e em que condições o solo é utilizado e manejado.

The predominant production system in North central Uruguay is based on the combined beef cattle and sheep cattle grazing of native grasslands. Soils include an important area of Pelluderts, with high content of expansible clays and high organic matter in the surface horizon. At the beginning of the 90 s there was a rapid expansion in rice production in this part of the country, increasing soil use intensity. Rice is grown in rotations with seeded pastures. Due to variations in annual forage production because variations of the hydric regime, irrigation technology was studied as an alternative to achieve greater inter-annual production stability. The effect of soil compaction, is to be considered when managing Vertisols especially in low soil use intensity situations, like natural pastures improved by overseeding and fertilization, or the more intense rice pastures rotation. The objectives of this research were to quantify the effects of animal trampling, as compared with rice harvesting, on the physical quality of the Vertisols and to obtain a quantitative relationship between rain plus irrigation water input and forrage production. Two experiments were conducted in the basaltic experimental field of INIA-Tacuarembó-Uruguay, to evaluate the effects of irrigation and animal compaction on the improved natural pasture. Another on farm experiment was also conducted to evaluate soil compaction due to rice cropping and harvesting. Physical quality results, showed animal trampling compaction effect in the surface layer (0-3 cm), but not in subsurface (9-12 cm), due animal trampling on bulk density, total porosity, macroporosity, microporosity, compressibility, and penetration resistance. In the rice field, effects of soil deformation by harvesting-combine traffic were evident to 20 cm depth under of high soil moisture conditions.Forage production did not show differences between the irrigation frequencies used in a rainy year (2003). Meanwhile in a dry year (2004), the irrigation treatments produced more (425 %) than the non irrigated, and the one irrigated more frequently produced more (35 %) between the two irrigated ones. General response to water was 8.95 kg MS ha-1 mm-1. Red clover showed greater response than white clover. The effect of animal trampling was significant on forage yield production of red clover, but there was no effect on white clover production. The botanical composition, in a dry year, showed loss of legume presence without irrigation. / O sistema de produção de forma extensiva em campo nativo predominante na região Centro-Norte da República Oriental do Uruguai inclui o pastejo de bovinos e ovinos. Entre os solos encontrados estão os Vertissolos com argilas expansivas e alto teor de matéria orgânica no horizonte mais superficial. A partir dos primeiros anos na década de 90, houve forte expansão da cultura de arroz na região, com aumento da intensidade de uso do solo, e adoção de sistemas de produção arroz gado de corte. Devido a variações da produção forrageira anual relacionada com as variações do regime hídrico, o trabalho teve como objetivo avaliar o uso da tecnologia de irrigação como alternativa para alcançar uma maior estabilidade na produção. Os efeitos sobre as características físicas dos Vertissolos foram avaliados em situações de baixa intensidade de uso, campo natural melhorado sob pastejo ou maior intensidade na rotação arroz-pecuária. Mais especificamente o trabalho procurou quantificar os efeitos do pisoteio animal em comparação com a pressão das máquinas de colheita de arroz na qualidade física de Vertissolos e encontrar uma relação quantitativa entre lâmina de água de chuva mais irrigação e produção de forragem. No campo experimental de basalto de INIA-Tacuarembó-Uruguai, foram realizados dois experimentos para avaliar os efeitos da compactação animal e a irrigação num campo natural melhorado, e noutro campo no departamento de Tacuarembó-Uruguai foi realizado um experimento para avaliar os efeitos da compactação durante a cultura e colheita de arroz. Do ponto de vista da qualidade física do solo, em geral, os resultados dos experimentos mostraram efeito da compactação superficial (0-3 cm), mas não subsuperficial (9-12 cm), devido ao pisoteio animal nos parâmetros densidade do solo, porosidade total, macroporosidade, compressibilidade e resistência do solo à penetração. Na colheita do arroz, foram evidenciados os efeitos de deformação do solo pelo tráfego de colheitadeiras em condições de alto conteúdo de água no solo. A produção forrageira não apresentou diferença para as freqüências de irrigação usadas no ano chuvoso (2003), enquanto que durante o ano seco (2004) os tratamentos irrigados produziram 425 % mais que o não irrigado e o irrigado mais freqüentemente produziu 35 % mais que o irrigado menos freqüentemente. A resposta da produção forrageira à água foi de 8,95 kg de MS ha-1 mm-1. O trevo vermelho apresentou maior resposta da produção forrageira à água do que o trevo branco, 11 kg de MS ha-1 mm-1 e 9 kg de MS ha-1 mm-1, respectivamente. O efeito do pisoteio animal na produção forrageira reduziu a produção do trevo vermelho, mas não do trevo branco. Com relação à composição botânica, no ano seco, houve redução na porcentagem de cobertura por leguminosas no melhoramento nas situações sem irrigação.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sol compaction effects on soil and plants has been subject of several studies. However, several parameters are used to evaluate soil compaction like bulk density and soil penetration resistance, but these parameters are dependent of soil type and moisture, therefore, the study of a parameter that could compare the different soils would facilitate the soil compaction studies. This work was divided in four chapters. In the first chapter the objective was to evaluate some physical-mechanical parameters of Alfisols and Oxisols submitted to different tillages. Six soils from Rio Grande do Sul state, Brazil, were collected, with clay content varying from 100 to 650 g kg-1. The core samples were collected from 0.08-0.13 m layer, equilibrated to the tension of 33 kPa and submitted to uniaxial compression test with application of successive and static loads. Based on the vertical displacement measured in the consolidometer after application of each load, were evaluated initial (Dsi) and final (Dsf) bulk density, deformation (Def), initial saturation degree (Gsi), initial volumetric moisture (qvi), pre compression stress (sp) and compression index (Cc) by Casagrande s method. Results indicated that managements with larger compaction presented smaller deformation and susceptibility to compaction; managements with recent revolviment of soil presented larger displacement from their compression curves, showing larger susceptibility to compaction; the Oxisol with larger clay content, due ability to retain more water in determined tension and due larger susceptibility to compaction, need to be more careful with traffic of machines than sandy soils. The second chapter aimed to study some physical properties of Alfisols and Oxisols from Rio Grande do Sul state, Brazil, submitted to different tillages and its influence on root growth and soybean yield. R esults showed larger densities in the approximate depth of 0.10 m and the penetration resistance do not appear in layers with uniform resistance, are spaces with larger and smaller resistance; the root evaluation, even visually, it is a good indicative of the soil physical condition and the bulk density and penetration resistance, if appraised with moisture near field capacity, are good indicators of the soil for plant development; crop yield was associated to soil physical conditions. The third chapter had as objective evaluate the effect of the particles size and tillage in the degree of compactness and to verify the best pressure to obtain the reference bulk density. Six soils of Rio Grande do Sul state, Brazil, submitted to different tillages were collected, with clay content varying from 100 to 650 g kg-1. For determination of the bulk density core samples were collected from layers of 0-0.05, 0.05-0.10, 0.10-0.15, 0.15-0.20, 0.20-0.25 and 0.25-0.30 m and for evaluation of the reference bulk density core samples were collected in the layer of 0.08-0.13 m. For determination of the reference bulk density samples were equilibrated to the tension of 33 kPa and submitted to the uniaxial compression test, with application in each soil sample only one load of 200, 400, 800, 1600 kPa and 3200 kPa. It was also obtained the soil compression curve with application of successive loads in each soil sample to compare the results obtained with the samples that was applied only one load. They were evaluated also the macroporosity and soil penetration resistance, yield and root development of soybean. In agreement with the obtained results, the load of 1600 kPa was the best pressure to obtain the reference bulk density in the uniaxial compression test using core samples, independent if applying just the load of 1600 kPa or from the load of 1600 kPa of the soil compression curve; the largest soybean yield was obtained with degree of compactness of 82% for Alfisols and 85% for Oxisols and the degree of compactness was a good indicator of the physical conditions of the soil, presenting good relationship with soil penetration resistance, macroporosity, root growth and soybean yield; the degree of compactness looks like independent from particle size, based especially in the results of crop yield and macroporosity in function of degree of compactness. The fourth chapter aimed to study the effect of different compaction states on the soil physical properties and growth and yield of soybean, corn and wheat. An experiment was set in the Cooperativa Regional Tritícola Serrana Ltda (COTRIJUÍ) , Ijuí city, Rio Grande do Sul state, Brazil, in an Oxisol. The completely randomized experimental design was used, in a bifactorial with split plots, with three repetitions. The main plots had three compaction states (PDC no tillage during six years + four passes of a machine with mass of 10 Mg in the agricultural year 2003/2004; PD no tillage during six years; Escarif no tillage during six years + chisel and harrowing in the agricultural year 2003/2004) and the split plots had soybean and corn. The soil physical properties (macroporosity, microporosity, total porosity, bulk density and soil penetration resistance) and development and yield of soybean, corn and wheat were measured. The results showed that the additional compaction presented increment of the soil resistance to penetration until the depth of 0.12 m; soil compaction influenced negatively soil physical properties; soybean and wheat were sensitive to compaction, soybean and corn had reduced heights and the wheat and soybean had their root system reduced length, for the additional compaction; soil compaction affected crop yield of corn, soybean and wheat, been the larger yields verified in no tillage and the smaller in treatments with additional compaction; the larger wheat yield was observed in the succession with soybean / A compactação do solo é tema de vários estudos que visam avaliar seus efeitos no solo e na planta. Vários parâmetros são utilizados para avaliar a compactação do solo, como densidade do solo e resistência à penetração, mas esses parâmetros são dependentes do tipo e da umidade do solo; portanto, o estudo de parâmetros que comparam diferentes solos facilita o estudo sobre compactação do solo. Este trabalho foi dividido em quatro capítulos. No primeiro capítulo o objetivo foi avaliar alguns parâmetros físico-mecânicos de Argissolos e Latossolos submetidos a diferentes sistemas de manejo. Foram coletados seis solos do Rio Grande do Sul, com granulometria variando, aproximadamente, entre 100 a 650 g kg-1 de argila. As amostras com estrutura preservada foram coletadas na profundidade de 0,08-0,13 m e equilibradas à tensão de 33 kPa, e submetidas ao teste de compressão uniaxial com aplicação de cargas sucessivas e estáticas. Baseado no deslocamento vertical medido no consolidômetro após a aplicação de cada carga foram avaliados a densidade do solo inicial (Dsi) e final (Dsf), deformação (Def), grau de saturação inicial (Gsi), umidade volumétrica inicial (qvi), e pressão de pré-consolidação (sp) e índice de compressão (Cc) determinados pelo método de Casagrande. Os resultados indicaram que manejos com maior estado de compactação inicial apresentaram menor deformação e menor suscetibilidade do solo à compactação; sistemas de manejo com revolvimento do solo recente apresentaram maior deslocamento de suas curvas de compressão, mostrando maior suscetibilidade à compactação; o Latossolo Vermelho distroférrico típico, pela capacidade de reter mais água a uma determinada tensão e pela maior suscetibilidade à compactação, necessita de maior cuidado com o tráfego de máquinas do que solos arenosos. O segundo capítulo objetivou estudar algumas propriedades físicas de Argissolos e Latossolos do Rio Grande do Sul submetidos a diferentes sistemas de manejo do solo e suas influências no crescimento radicular e rendimento da cultura da soja. Os resultados mostraram que independente do solo e manejo, de modo geral as maiores densidades foram encontradas na profundidade aproximada de 0,10 m; os níveis de resistência do solo à penetração não se apresentam em camadas uniformes, ocorrem espaços de maior e menor resistência; a densidade do solo e a resistência à penetração se avaliada com umidade próxima à capacidade de campo, mostraram-se bons indicadores do solo para desenvolvimento da planta e a avaliação do sistema radicular, mesmo que apenas visual, é um bom indicativo da condição física do solo; o rendimento esteve associado às condições físicas dos solos. O terceiro capítulo teve como objetivo avaliar o efeito da textura e do manejo do solo no grau de compactação e verificar a melhor pressão para se obter a densidade referência. Foram coletados seis solos do Rio Grande do Sul submetidos à condições de manejo distintas, com granulometria, aproximadamente, entre 100 e 650 g kg-1 de argila. Para a determinação da densidade do solo foram coletadas amostras com estrutura preservada nas camadas de 0-0,05; 0,05-0,10; 0,10-0,15; 0,15-0,20; 0,20-0,25 e 0,25-0,30 m e para avaliação da densidade referência foram coletadas amostras com estrutura preservada na camada de 0,08-0,13 m. Para a determinação da densidade referência, as amostras foram equilibradas à tensão de 33 kPa e submetidas ao teste de compressão uniaxial, com aplicação em cada amostra de solo carga única de 200, 400, 800, 1600 kPa e 3200 kPa. Também foi obtida a curva de compressão do solo com aplicação de cargas sucessivas em cada amostra de solo para poder comparar os resultados obtidos com as amostras em que foi aplicada carga única. Foram avaliados também a macroporosidade e a resistência do solo à penetração, e o crescimento radicular e o rendimento da cultura da soja. Os resultados obtidos mostraram que a carga de 1600 kPa foi a melhor pressão para se obter a densidade referência no teste de compressão uniaxial utilizando amostras de solo com estrutura preservada, independente de ser obtida de aplicação de carga única ou da curva de compressão do solo; o maior rendimento da soja é obtido com grau de compactação, em média de 82% para os Argissolos e 85% para os Latossolos; o grau de compactação mostrou-se um bom indicador das condições físicas do solo, apresentando boa relação com rendimento da cultura da soja, resistência à penetração, macroporosidade e desenvolvimento radicular; o grau de compactação parece ser independente da ranulometria do solo, baseado principalmente nos resultados de rendimento e macroporosidade em função do grau de compactação. O quarto capítulo objetivou estudar o efeito de diferentes condições de compactação sobre as propriedades físicas do solo e crescimento e rendimento das culturas soja, milho e trigo. Para isso, foi conduzido um experimento no campo tecnológico da Cooperativa Regional Tritícola Serrana Ltda (COTRIJUÍ), município de Ijuí (RS), em um Latossolo Vermelho distroférrico típico. Foi utilizado o delineamento experimental inteiramente casualizado, em um bifatorial com parcelas subdivididas, com três repetições, tendo nas parcelas principais três estados de compactação (PDC - Plantio direto há seis anos que recebeu compactação adicional por quatro passadas de máquina com massa de 10 Mg no ano agrícola 2003/2004; PD - Plantio direto há seis anos; Escarif - Plantio direto há seis anos, sendo escarificado e gradeado no ano agrícola 2003/2004) e nas subparcelas as culturas de verão soja e milho e trigo no inverno. Foram avaliadas as propriedades físicas do solo macroporosidade, microporosidade, porosidade total, densidade do solo e resistência do solo à penetração e o crescimento e rendimento das culturas soja, milho e trigo. Os resultados mostraram que a compactação adicional apresentou incremento da resistência do solo à penetração até a profundidade de 0,12 m e afetou negativamente as propriedades físicas do solo; as culturas milho, soja e trigo foram sensíveis à compactação, tendo a altura das culturas soja e milho e comprimento radicular das culturas soja e trigo, reduzidos pela compactação adicional; a compactação do solo influenciou o rendimento das culturas soja, milho e trigo, sendo os maiores rendimentos verificados no plantio direto e os menores no tratamento com compactação adicional, e o maior rendimento do trigo foi observado na sucessão com soja

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3602.pdf: 6626298 bytes, checksum: 37082215cbad7185dd94995afede1d94 (MD5) Previous issue date: 2010-03-31 / Universidade Federal de Sao Carlos / A study on the compressibility of gas filtration cakes through their porosity investigation is presented in this work. The experimental unit consisted of a circular filter with a filtration area of 249 cm2 and a data acquisition system; mass flow rate and relative air humidity were controlled. The filter media used were a polyester felt (weighing 600 g/cm2) and an acrylic felt (weighing 550 g/cm2). A phosphate concentrate phosphate (ρp = 3.20 g/cm3 and dSt = 5.6 μm) and a magnesium silicate (talc) (ρp = 3.09 g/cm3 and dSt = 2.5 μm) were used as powder materials. Superficial filtration velocity was kept constant at 10 cm/s during phosphate concentrate filtration trials and five maximum pressure drops were set (100, 300, 600, 900 and 1200 mmH2O) at constant mass flow rate. Superficial filtration velocity was kept constant at 10 cm/s during talc filtration trials and four maximum pressure drops were set (300, 600, 900 and 1200 mmH2O) at constant mass flow rate. Trials at different filtration velocities (7.5 cm/s, 10 cm/s, 12.5 cm/s and 15.0 cm/s) were also performed. Initially, porosity data as a function of pressure drop per time were obtained. Each cake underwent a process to acquire the necessary resistance to be cut and embedded and then analyzed by a Scanning Electron Microscope. The obtained images were treated and analyzed in an image analyzing software which provided cakes porosity values. Afterwards, the influence of gas superficial velocity on average porosity was evaluated for cakes formed by talc powder. The porosity values obtained with the SEM images were compared to those obtained with equations found in the literature. A difference of 20 to 48% between experimental average porosity and estimated porosity was found for the phosphate concentrate cakes and of less than 13% for the talc cakes obtained at constant velocity. The average porosity values found for talc cakes were higher than those found for phosphate concentrate cakes, which was probably due to the fact that talc particles shape is extremely different from the spherical shape. A compressibility behavior for cakes of the two materials was possible to be observed. Talc cake porosity decreased with the increase of superficial filtration velocity. / Nesse trabalho apresenta-se um estudo da compressibilidade de tortas de filtração de gases através da investigação de sua porosidade. A unidade experimental consistiu de um filtro circular com área livre de filtração de 249 cm2, com vazão mássica e umidade relativa do ar controladas e um sistema de aquisição de dados. Os meios filtrantes utilizados foram um feltro de poliéster (gramatura 600 g/cm2) e um de acrílico (gramatura 550 g/cm2). Os materiais pulverulentos usados foram um concentrado fosfático (ρp = 3.20 g/cm3 e dSt = 5,6 μm) e um silicato de magnésio (talco) (ρp = 3,09 g/cm3 e dSt = 2,5 μm). Para os ensaios de filtração com a rocha fosfática foi fixada a velocidade superficial de filtração em 10 cm/s e cinco quedas de pressão máximas (100, 300, 600, 900 e 1200 mmH2O) à vazão mássica constante. Para os ensaios de filtração com o talco foi fixada a velocidade em 10 cm/s e quatro quedas de pressão máximas (300, 600, 900 e 1200 mmH2O) à vazão mássica constante. Também foram realizados ensaios para o talco a diferentes velocidades (7,5 cm/s, 10 cm/s, 12,5 cm/s e 15,0 cm/s). Inicialmente, obtiveram-se dados experimentais de porosidade em função da queda de pressão por tempo de filtração. Cada torta obtida passou por um tratamento para adquirir resistência necessária e ser analisada em um Microscópio Eletrônico de Varredura. As imagens obtidas foram tratadas e analisadas em um programa de análise de imagem fornecendo o valor da porosidade da torta. Posteriormente, analisou-se a influência da velocidade superficial de filtração na porosidade média de tortas de filtração formadas pelo talco. Compararam-se os valores de porosidade obtidos pelas imagens geradas no MEV com os obtidos por equações da literatura. Encontrou-se uma diferença de 20 a 48% entre os valores de porosidade média experimental e estimada para as tortas de rocha fosfática e de menos de 13% para o talco a velocidade constante. Os valores de porosidade média encontrados para o talco foram maiores que os encontrados para a rocha, provavelmente devido ao fato de que o formato das partículas de talco se distancia muito do formato esférico. Foi possível detectar um comportamento de compressibilidade para as tortas dos dois materiais. A porosidade das tortas de talco tendeu a diminuir com o aumento da velocidade superficial de filtração.

Durante a cura, ou seja, durante o processo de reticulação, resinas sofrem alterações irreversíveis em suas propriedades químicas e físicas, como, por exemplo, alterações significativas em seu coeficiente de compressibilidade (inverso do módulo de compressão volumétrico) e em sua viscosidade. A variação destas propriedades, ao longo de uma dimensão (direção) no interior de uma resina em processo de cura, pode ser obtida a partir de técnicas ultrassônicas baseadas no princípio pulso-eco, que permite a estimativa da velocidade de propagação e das atenuações das ondas. Antes da cura, as resinas apresentam velocidades de propagação entre 1600 e 1800 m/s, com viscosidade e atenuação pequenas. Durante o processo de cura ocorre um aumento notável da viscosidade, que causa grandes atenuações na onda ultrassônica. Chegando ao final do processo de cura, tanto a atenuação quanto a viscosidade voltam a diminuir. Após a reticulação, a velocidade de propagação pode ser superior a 2500 m/s. Visto que a densidade varia pouco durante a cura, a alteração de velocidade, observada durante a cura, pode ser atribuída às mudanças no módulo de compressão volumétrico da resina. O método pulso-eco descrito nesta dissertação permite monitorar, de forma não invasiva, a variação da viscosidade e a variação do coeficiente de compressibilidade durante o tempo de cura de uma resina epóxi, ao longo da direção de propagação de uma onda ultrassônica. / During the curing process, i.e. crosslinking process, resins suffer significant and irreversible changes on theirs chemical and physical properties, as the alterations in the compressibility coefficient (the inverse of bulk modulus) and in the viscosity. The changes in these properties along a direction inside of a resin, under a curing process, can be estimated with techniques based on pulse-echo ultrasonic waves. With these techniques is possible to obtain the ultrasonic wave speed and the attenuation imposed on the wave by a resin under curing. Before the cure, resins have speeds of wave propagation between 1600 and 1800 m/s, low attenuation and low viscosity. As the curing process evolves, there is a remarkable increase of viscosity, which causes great attenuations. After that, and until the end of the curing process, the viscosity and the attenuation decrease. After the cure and solidification, the wave speed may reach values up to 2500 m/s. Since the density almost does not vary during the cure, the changes in wave speed can be attributed to changes in the resins bulk modulus. The pulse-echo method, described in this dissertation, allows the monitoring, in a no invasive way, of the variation of the bulk modulus and the changes in viscosity along a direction of propagation of an ultrasonic wave, during the curing process of an epoxy resin.

O fator de compressibilidade (Z) de gás natural é utilizado em vários cálculos na engenharia de petróleo (avaliação de formações, perda de carga em tubulações, gradiente de pressão em poços de gás, cálculos de balanço de massa, medição de gás, compressão e processamento de gás). As fontes mais comuns de valores de Z são medições experimentais, caras e demoradas. Essa propriedade também é estimada por correlações empíricas, modelos baseados no princípio dos estados correspondentes ou equações de estado (EOS). Foram avaliadas as capacidades das EOS de Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Patel-Teja (PT), Patel-Teja-Valderrama (PTV), Schmidt-Wenzel (SW), Lawal-Lake-Silberberg (LLS) e AGA-8 para previsão desta propriedade em aproximadamente 2200 pontos de dados experimentais. Estes pontos foram divididos em quatro grupos: Grupo 1 (Presença de frações C7+, Grupo 2 (temperaturas inferiores a 258,15 K), Grupo 3 (pressões superiores a 10000 kPa) e Grupo 4 (pressões inferiores a 10000 kPa). Os cálculos utilizando as equações de estado sob diferentes esquemas de previsão de coeficientes binários de interação foram cuidadosamente investigados. Os resultados sugerem que a EOS AGA-8 apresenta os menores erros para pressões de até 70000 kPa. Entretanto, observou-se uma tendência de aumento nos desvios médios absolutos em função das concentrações de CO2 e H2S. As EOS PTV e a EOS SW são capazes de predizer o fator de compressibilidade (Z) com desvios médios absolutos entre os valores calculados e experimentais com precisão satisfatória para a maioria das aplicações, para uma variada faixa de temperatura e pressão. Este estudo também apresenta uma avaliação de 224 métodos de cálculo de Z onde foram utilizadas 8 correlações combinadas com 4 regras de mistura para estimativa de temperaturas e pressões pseudorreduzidas das amostras, junto com 7 métodos de caracterização das propriedades críticas da fração C7+, quando presente na composição do gás. Em função dos resultados são sugeridas, para diferentes tipos de sistemas, as melhores combinações de correlações com regras de mistura capazes de predizer fatores de compressibilidade (Z) com os menores erros absolutos médios relativos / The compressibility factor (Z-factor) of natural gases is necessary in many petroleum engineering calculations (evaluation of formation, pressure drop through a pipe, pressure gradient in gas wells, material balance calculations, gas metering, gas compression and processing). The most common sources of Z-factor values are experimental measurements, which are expensive and time consuming. This property is also estimated from empirical correlations, corresponding state models or equations of state (EOS) when experimental data is unavailable. Capabilities of Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Patel-Teja (PT), Patel-Teja-Valderrama (PTV), Schmidt-Wenzel (SW), Lawal-Lake-Silberberg (LLS) and AGA-8 to predict this property of 2200 data points under various schemes of binary interaction numbers are thoroughly investigated. This database was split on four groups: Group 1 (presence of hydrocarbon plus fraction - C7+), Group 2 (temperatures lower than 258.15 K), Group 3 (pressures higher than 10000 kPa) e Group 4 (pressures lower than 10000 kPa). The best results were obtained from EOS AGA-8 for pressures up to 70000 kPa. However, an increasing trend in average absolute deviations was observed as a function of CO2 e H2S concentrations. EOS PTV and EOS SW are capable to predict the compressibility factor (Z) with average absolute deviation between calculated and experimental values with satisfactory accuracy for most applications for a wide range of temperature and pressure. This study also presents an evaluation of 224 possible methods of calculating the gas compressibility factor, based on 8 correlations and corresponding state models, combined with 4 mixing rule that predict the pseudo-reduced pressure and temperatures of the mixture, that were combined with 7 methods of characterizing the plus fraction critical properties when present in the gas composition. Results suggest for different systems conditions, the best correlation and mixing rule combination capable of predicting Z-factor with the least average absolute relative error

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A descoberta de reservatórios de petróleo na camada do pré-sal abriu novas perspectivas para a economia brasileira. A grandes profundidades, com elevado teor de CO2 e submetidos a altas pressões e temperaturas, a exploração de petróleo das camadas de pré-sal constitui um considerável desafio tecnológico. Neste contexto, o conhecimento dos coeficientes de compressibilidade são fundamentais para o estudo do comportamento termodinâmico e escoamento dos fluidos destes campos de produção. Com este objetivo, foram determinadas experimentalmente nesta dissertação a massa específica e a velocidade do som de sistemas envolvendo quatro hidrocarbonetos puros: n-decano, n-hexadecano, decalina e tetralina, assim como para sistemas multicompostos envolvendo estes hidrocarbonetos e para uma amostra de condensado de petróleo. Os resultados obtidos permitiram o cálculo dos coeficientes de compressibilidade isentrópica, isotérmica e isentálpica. É apresentada uma avaliação sobre a capacidade de se correlacionar dados experimentais de velocidade do som aos dados calculados pelas equações de estado de Peng-Robinson e Lee-Kesler com regras de mistura: (i) Spencer e Danner e (ii) Lee-Kesler / The discovery of oil reservoirs in the pre-salt layer has opened new perspectives for Brazilian economy. In deep waters, with high levels of CO2 and subjected to high pressures and temperatures, the oil exploration in the pre-salt layer is a considerable technological challenge. In this context, knowledge of compressibility coefficients and phase equilibrium data are essential for studying the thermodynamic behavior and flow in these oil fields. With this objective, experimental data were obtained for density and sound velocity in systems involving four pure hydrocarbons: n-decane, n-hexadecane, decalin and tetralin, as well as in multi-component systems involving these hydrocarbons, and in a sample of oil condensate. The results obtained allowed the calculation of isentropic, isothermal and isenthalpic compressibility coefficients. An evaluation on the ability to correlate experimental data of sound velocity with data calculated from Peng-Robinson and Lee-Kesler equations of state with mixing rules: (i) Spencer and Danner and (ii) Lee-Kesler is presented

Os objetivos desta pesquisa incluem: (i) estudar as características de compactação dos resíduos sólidos urbanos (RSU); (ii) avaliar os mecanismos de compressão dos RSU e o efeito de sobrecarga (aterro experimental) em maciço sanitário existente; (iii) desenvolver programa computacional para previsão de recalques em aterros sanitários. Um aterro experimental com cerca de 24.400 \'M POT.3\' de RSU e altura de até 4 m, distribuído em área aproximada de 8.400 \'M POT.2\', foi construído em São Paulo para estudar os procedimentos de compactação de aterros sanitários. Ensaios in situ de grande dimensão foram executados para avaliar o peso específico do resíduo, após a compactação, em diferentes posições e camadas do experimento. Ensaios de umidade e composição dos resíduos foram realizados, assim como o levantamento das espessuras das camadas para cada etapa construtiva. O aterro experimental foi construído sobre aterro existente, criando a oportunidade para estudar a compressão do resíduo novo e antigo. Rigoroso programa de monitoração de recalques foi implantado, de forma que as deformações do aterro experimental pudessem ser isoladas das do aterro existente. Marcos superficiais foram posicionados interna e externamente à área do experimento, e placas de recalque instaladas na base do aterro experimental. O período de monitoramento envolveu cerca de 3 anos de medidas. A pesquisa resultou em: (i) novos subsídios e relações para a compactação dos RSU, incluindo as influências do equipamento de compactação, número de passadas, espessura das camadas, plano de compactação e teor de umidade, mostrando ser este último o parâmetro de maior impacto no processo de compactação; (ii) dados de peso específico e de sua relação com a profundidade, assim como do efeito da compactação na compressibilidade dos RSU e na geração de líquidos percolados em aterros sanitários; (iii) avaliação do desempenho de modelos de compressibilidade existentes na literatura; (iv) desenvolvimento de modelo compósito para compressibilidade dos RSU, considerando a compressão mecânica primária e secundária e a parcela devido a biodegradação dos resíduos; (v) desenvolvimento do programa MSWSET usando o modelo compósito para cálculo dos recalques de aterros como função do tempo. O modelo e programa desenvolvidos apresentaram elevado desempenho, constituindo importante ferramenta para previsão de recalques de aterros sanitários. / The objectives of this research were to: (i) study the compaction characteristics of municipal solid waste (MSW); (ii) evaluate the compression mechanisms of MSW and its response to a surcharge (waste test fill) over an existing landfill; (iii) develop a computer program for landfill settlement predictions. A waste test fill with a volume of about 24,400 \'M POT.3\' and a height up to 4 m, distributed over an area of approximately 8,400 \'M POT.2\', was constructed in Sao Paulo, to study compaction procedures for sanitary landfills. Large in situ tests were performed to evaluate the unit weight of waste immediately after compaction at several locations for each lift. Water content measurements and composition determinations were carried out, as well as thickness measurements of the waste layers after each construction (compaction) phase. The test fill was constructed over an existing landfill. Thus, the test fill provided opportunities to study the compression of the new and the old waste. A rigorous program of deformation monitoring was implemented in order to separate compression of the test fill from settlement of the underlying landfill. Benchmarks were located inside and outside of the experimental area, and settlement plates were installed at the bottom of the test fill. The monitoring period encompasses around 3 years of measurements. The research provided: (i) new guidelines and relationships for compaction of municipal solid waste, including the influences of compaction equipment, number of passes, lift thickness, water content, and compaction plane. The water content has presented larger response on the compaction process than the other variables; (ii) quantitative data regarding unit weight, the influence of depth on unit weight, water content, compressibility of MSW, and leachate generation; (iii) assessment of the performance of existing MSW compressibility models described in the literature; (iv) development of a composite model of MSW compressibility that considers primary compression, secondary mechanical compression, and compression from biodegradation; (v) development of the computer program MSWSET using the composite model of MSW compressibility to calculate landfill settlement as a function of time. The developed model and program has presented a high performance, being a powerful tool for landfill settlement prediction.

Neste trabalho são apresentados resultados de ensaios triaxiais convencionais, de compressão confinada e triaxiais com controle de tensão, realizados em amostras saturadas e com controle de sucção, em corpos de prova indeformados coletados ao longo de um perfil típico de solo da cidade de São Carlos - SP. A partir dos dados obtidos, faz-se um estudo do comportamento de deformação e resistência do solo, em condições não saturadas, ao longo de todo perfil amostrado. Para o solo residual de arenito realiza-se também um estudo das suas principais características de elastoplasticidade, para a condição saturada e para o caso dos ensaios realizados com controle de sucção. Mostra-se que as superfícies de plastificação obtidas para o solo podem ser ajustadas de modo razoável pela superfície de escoamento do Cam-Clay modificado, utilizada nos modelos de Alonso et al. (1990) e Balmaceda et al. (1992). Para esta superfície, o uso de uma lei de fluxo associada conduziu a resultados satisfatórios. Um modelo constitutivo é proposto para representação do comportamento do solo em condições não saturadas. Uma nova superfície de plastificação e uma nova lei de fluxo (não associada) são propostas para o solo, conseguindo-se uma melhor previsão dos pontos de escoamento situados à esquerda da projeção da linha de estados críticos e diminuindo-se os valores dos desvios angulares dos vetores de incrementos de deformação plástica. No modelo constitutivo proposto neste trabalho, a superfície de escoamento LC do solo é obtida levando-se em consideração não somente os valores da pressão de pré-adensamento, mas também os valores de &#947(s). Os modelos constitutivos proposto e de Balmaceda et al. (1992) são utilizados na simulação dos ensaios de laboratório, obtendo-se bons resultados. Com o uso dos parâmetros adotados para a simulação dos ensaios de laboratório são realizadas previsões do comportamento de estruturas de fundação em campo, obtendo-se resultados satisfatórios. / This thesis deals with the application of elasto-plastic concepts to a typical non saturated soil from São Carlos - SP. The soil profile analysed is composed at is upper part of a sandy soil of coluvium origin and of a residual soil from sandstone at depths larger than 8 m. The water level is at a depth of about 10 m. The experimental work included compression triaxial tests following different stress paths and confined compression tests performed both on saturated and on unsaturated specimens. In the case of the residual soil of sandstone, its main elastoplastic characteristics are studied. It is shown that yield points can be fairly fitted by the yield surface proposed by of Alonso et al. (1990) and Balmaceda et al. (1992), which are an extension of modified Cam-Clay yield surface. In this case, an associated flow law also gave reasonable results in reproducing experimental data. In order to get a better adjustment between experimental and theoretical results, a new constitutive model is proposed using a new yield surface and a non associated flow law. It is shown that this new yield surface can better adjust experimental yield points, mainly those located at left of the critical state line (C.S.L.) and the new flow rule leaded to lower deviation of incremental plastic strain vectors. In the proposed model, the yield surface LC is obtained considering both &#947(s) and po experimental values. The proposed and Balmaceda et al. (1992) models were utilised to predict the laboratory soil behaviour, showing good results. The parameters already used to reproduce laboratory tests were also used to model foundation structures built in the soil studied and a fair agreement between experimental and predict results was obtained.

L’interface noyau-graine (ICB) est instable et une zone dendritique se forme sous des conditions très particulières, c’est à dire que la cristallisation est très lente par rapport à la convection très vigoureuse du noyau liquide. Afin de reproduire expérimentalement des conditions semblables, nous avons étudié une zone dendritique sous hyper gravite, dans une centrifugeuse. La hauteur de cette zone diminue quand la gravite augmente alors que la fraction solide augmente fortement : similairement, les études sismologiques suggèrent que la fraction solide dans la graine est proche de l’unité a l’ICB. De plus, la sismologie montre une graine très hétérogène en termes d’anisotropie élastique, d’atténuation ou de vitesse des ondes et met en lumière une forte dichotomie Est-Ouest. Celle-ci pourrait être engendrée par une translation de la graine qui provoquerait de la cristallisation sur une face et de la fusion sur l’autre. Cette hypothèse est testée en conduisant des expériences de cristallisation et de fusion d’une zone dendritique. Nous avons utilisé des ultrasons comme analogues aux ondes sismiques pour quantifier les changements de structure dans la zone dendritique à partir des mesures de l’atténuation et la diffraction. Extrapoles a la graine, nos résultats montrent que l’ICB pourrait fondre sur l’hémisphère Ouest et cristalliser sur l’hémisphère Est. D’autre part, avec du gaz xénon en hyper-gravite, nous avons observé un gradient adiabatique, pour la première fois dans un dispositif expérimental. Cette thèse montre la faisabilité de ces expériences et la possibilité de vérifier expérimentalement les approximations utilisées pour la convection compressible. / The inner core boundary (ICB) is unstable, and a mushy layer forms under very particular conditions in which the crystallization is very slow compared to the very vigorous convection of the liquid core. To mimic these conditions, we have investigated a mushy layer under hyper-gravity in a centrifuge. The thickness of a mushy layer decreases with gravity and the solid fraction increases. This is coherent with seismological studies suggesting that the solid fraction at the ICB is close to unity. Moreover, seismology shows that the inner core is very heterogeneous in terms of elastic anisotropy, attenuation or wave velocity and that there exists a strong East-West dichotomy on the ICB. One hypothesis is that the latter is due to a translation of the inner core that would cause crystallization on one hemisphere and melting on the other one. We have tested that hypothesis with experiments of solidification and melting of a mush. We have used ultrasounds as an analogue to the seismic waves to quantify structural changes in the mush from measurements of attenuation and scattering. From our observations, it is plausible that the ICB on the Western hemisphere s melting while it is solidifying on the Eastern hemisphere. In other experiments, using xenon gas under hyper-gravity, we have observed an adiabatic gradient for the first time. This thesis shows the feasibility of these experiments and the possibility to check experimentally the approximations used for compressible convection.