A implantação do Sítio Controlado de Geofísica Rasa (SCGR), do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), da Universidade de São Paulo (USP), é um marco na história da geofísica nacional. Trata-se do primeiro local de estudos controlados de geofísica rasa, instalado no Brasil. O SCGR está localizado próximo ao Instituto de Física, em frente ao IAG/USP, compreendendo uma área de 1500 m2 (50 m x 30 m). Nesta área, foram instalados diferentes alvos, com dimensões variadas e em diferentes profundidades, dispostos em sete linhas de 30 metros. Os alvos escolhidos tiveram como finalidade reproduzir uma pequena amostra dos principais objetos que são encontrados em ambiente urbano. O objetivo do estudo foi o de caracterizar os alvos instalados no SCGR, por meio da utilização de diferentes métodos geofísicos, com ênfase no método Ground Penetrating Radar (GPR), seguido dos métodos de eletrorresistividade e eletromagnético indutivo (EM-38). Esta caracterização consistiu em avaliar o desempenho e a confiabilidade dos métodos geofísicos, quando aplicados sobre alvos com propriedades físicas conhecidas. A coleta de dados foi realizada antes e depois da instalação do sítio controlado, permitindo, assim, a caracterização geofísica do meio (background) e dos alvos. Os resultados geofísicos foram apresentados na forma de perfis 2D e de cortes em profundidade em blocos volumétricos, Quase-3D. Os dados geofísicos do background evidenciam uma camada de aterro, com espessura de até 2,8 metros, repousando sobre sedimentos argilosos da planície de inundação do rio Pinheiros. O EM-38 possibilitou o mapeamento de todos os objetos metálicos enterrados até a profundidade máxima de 1,5 metro. A identificação de alguns alvos metálicos, enterrados na profundidade de 0,5 metro, também foi possível com os resultados de cargabilidade. Os dados de resistividade elétrica permitiram a identificação de um tubo metálico guia, enterrado no centro da área, a 0,5 metro de profundidade, e de alvos representativos de materiais geológicos. Os resultados de GPR permitiram o imageamento da maioria dos alvos implantados na área do SCGR, com melhor resolução aqueles que mostram maior contraste dielétrico. A pesquisa contribui para o refinamento dos métodos de campo aplicados aos problemas reais do cotidiano, principalmente, em estudos de geotecnia, planejamento urbano, arqueologia e meio ambiente. / The implantation of the Shallow Geophysical Test Site (SCGR) of the Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences Institute (IAG), from University of Sao Paulo (USP), is a mark in national geophysical history. It is the first site Shallow geophysical study site installed in Brazil. This Test Site is located next to Physics Institute in front of IAG/USP, comprehending an area of 1500 m2 (50 m x 30 m). In this area, different targets were installed, with varied dimensions and different depths, buried in seven lines of 30 meters. Targets were chosen aiming at reproducing a small sample of main objects found in urban environment. The goal of the study was characterizing targets installed in SCGR by using different geophysical methods with emphasis in Ground Penetrating Radar (GPR), electric and inductive electromagnetic (EM-38) methods. This characterization consisted in evaluating the performance and reliability of geophysical methods, when applied in targets whose physical properties are well-known. Measurements were carried out before the targets installation in subsurface, in order to obtain data from land background or geologic horizons before disturbances. In a second stage, geophysical data were obtained after target installation. Geophysical results were shown in 2D profiles, and depth slices in volumetric blocks, Quasi-3D. Geophysical data from land background showed an earthwork layer, with thickness up to 2.8 meters, above loamy sediments of Pinheiros River. EM-38 enabled the mapping of all metallic targets buried until 1.5 meter of maxim depth. The identification of some metallic targets also buried in the depth of 0.5 meter was possible with chargeability results. Electric resistivity data allowed the identification of a metallic tube buried at the centre of the area, to 0.5 meter of depth, and of representative geological materials targets. GPR results identified of the majority of targets buried in SCGR with better resolution than those ones shown highest dielectric contrast. This research contributes for geophysical method refinement applied to everyday problems mostly in geotechnical, urban planning, archaeological and environmental studies.

O objetivo desta tese é reconhecer as feições morfológicas e compreender o empilhamento de fácies deixado em sub-superfície como registro da evolução holocênica da retrobarreira entre Jaguaruna e Laguna (Santa Catarina, Sul do Brasil). Esta retrobarreira é formada por quatro setores geográficos, de SW para NE: Garopaba do Sul, Camacho, Rio do Meio e Campos Verdes. O setor de Garopaba do Sul, no contexto geomorfológico, difere dos demais pela presença, no limite interno, de terraço marinho pleistocênico, em parte recoberto por paleodunas pré-máxima inundação holocênica (geração eólica 2), e por abranger lago residual do sistema lagunar (Laranjal). As idades \'ANTPOT.14 C\' encontradas variam entre 5560 a 2190 anos cal A.P.. A sucessão de fácies deposicionais caracteriza-se por três associações de fácies: lagunar, planície de maré e eólica. No setor Camacho, porção central e de máximo estreitamento da barreira, a principal diferença morfológica são os paleodeltas de maré enchente associados á mingração do canal lagunar Camacho para NE. Nos depósitos, foram encontradas idades entre 8185 e 2165 anos cal A.P. e delimitadas quatro associações de fácies: desembocadura lagunar, delta de maré enchente, planície de maré e eólica. No setor Rio do Meio, a retrobarreira atua como planície interlagunar, separando a laguna Camacho (a SW) da laguna Santa Marta (para NE). Esta planície posiciona-se à retaguarda dos costões rochosos Ponta do Ilhote Pequeno e Cabo de Santa Marta, onde se originou a partir da formação de um tômbolo. Corresponde ao setor de maior influência continental pela frente deltaica do rio Tubarão, com três associações de fácies deposicionais: tômbolo, lagunar e planície de maré. As idades \'ANTPOT.14 C\' nas duas últimas associações variam entre 4650 e 1850 anos cal A.P.. Em Campos Verdes, a retrobarreira é formada por alinhamento de cordões litorâneos transversais à costa atual, separados entre si por truncamentos em padrão côncavoconvexo. Parte dos cordões superpõe-se por campos de paleodunas parabólicas atribuídas à geração eólica 3 (pós-máxima inundação). Neste setor, encontram-se três associações de fácies: pontal lagunar, cordões litorâneos e dunas eólicas. A análise integrada dos resultados permitiu diferenciar três fases evolutivas na retrobarreira. A Fase 1, entre 8000 e 5000 anos cal A.P. abrange o período de progressiva elevação e de mais alto nível do mar. A influência marinha na Fase 1 é evidenciada nos depósitos da retrobarreira com abundante concentração de conchas (inteiras e fragmentadas) de sistemas marinhos e lagunares/baía; a matéria orgânica preservada nos sedimentos apresentou valores de \'delta\'\'POT.13\'C entre -19 e -22%o , típicos de fitoplâncton marinho; a variação isotópica em conchas, com valores de \'delta\'\'POT.13\'C entre 1,22%o e 0,20%o e de \'delta\'\'POT.18\'O de - 0,5%o a - 1,8%o , indica o predomínio da dinâmica sedimentar marinha durante a fase 1. Interpretou-se que na Fase 1 a área de estudo foi ocupada por extenso sistema baía, com vales incisos afogados e ilhas emersas (representadas pelos atuais costões rochosos de Ponta do Ilhote Pequeno, Cabo de Santa Marta e Ponta da Galheta). Com a formação da barreira a baía isolou-se do mar raso, dando lugar ao corpo de água lagunar mixoalino. Na Fase 2, de 5000 a 3000 anos cal A.P., sob condições de NRM declinante, observou-se o desenvolvimento sedimentar diferenciado dos quatro setores retrobarreira, condicionado pela morfologia preexistente e pelo suprimento sedimentar. Os depósitos da Fase 3, de cerca de 3000 anos A.P. ao atual, caracterizam-se por: ausência de conchas, predomínio de fácies de areia fina com detritos vegetais, aumento ascendente dos valores de \'C IND.org\' e queda da razão \'delta\'\'POT.13\'C em sedimentos, alcançando valores típicos de plantas C3 e C4. Durante esta fase, a disponibilidade de sedimentos pela progradação da frente deltaica sobre a margem lagunar, associada à continuidade da queda de NRM, acelerou o assoreamento e a emersão das feições lagunares. Estas passaram a ser remodeladas pela circulação lagunar intermarés, o que determinou seu recobrimento pelas marismas e pântanos de maré. A Fase 3 pode ser considerada como de máxima estabilização das dunas eólicas, com formação de extensa planície de deflação e interdunas alagadas. Atesta-se assim a redução da influência de águas marinhas, possivelmente associada a alongamento, restrição ou mesmo fechamento da desembocadura lagunar, com aumento relativo do aporte de matéria orgânica continental. / The aims of this thesis is to identify the morphological features and understand the facies succession of the Holocene backbarrier in the Jaguaruna-Laguna region (Santa Catarina, Brazil). This backbarrier is formed by four geographic sectors, from SW to NE: Garopaba do Sul, Camacho, Rio do Meio and Campos Verdes. Regarding the geomorphological context, the sector of Garopaba do Sul differs from the others by the existence of a Pleistocene marine terrace, which is partly covered by paleodunes (generation 2) pre-maximum Holocene relative sea level (RSL), and by the presence of a residual lake of the lagoon system (Laranjal Lake). The depositional facies succession shows radiocarbon ages between 5560 and 2190 cal yr BP, being characterized by three facies associations: lagoonal, tidal flat and aeolian. The backbarrier of Camacho is sited beside the narrowest part of the barrier. Its main morphologic features are flood tidal paleodeltas associated with the migration of the Camacho inlet toward NE. Four facies associations were defined in this sector, with ages between 8185 and 2165 cal yr BP: inlet, flood-tidal delta, tidal plain and aeolian. At Rio do Meio, the backbarrier consists in an tidal flat separating the Camacho lagoon (SW) from the Santa Marta lagoon (NE).This plain is located rearward from Ponta do Ilhote Pequeno and Cabo de Santa Marta, where it was originated from the formation of a tombolo separating the two lagoons. It is also the sector with greater influence of Tubarão river deltaic front. Three facies associations were recognized: tombolo, lagoonal and tidal flat. The \'ANTPOT.14 C\' ages obtained in lagoonal deposits vary between 5570 and 1850 cal yr BP. In Campos Verdes, the backbarrier is formed by sets of beach ridges alignments, oriented transversal to the coastline and separated from each other by concave-convex truncations. Part of the ridges are superposed by several inactive parabolic dune-fields, attributed to the aeolian generation 3 (post maximum Holocene flooding).This sector is formed by three facies association: lagoon spit, beach ridges and aeolian dunes. The multi-proxy analysis of the set of results enabled the differentiation of three evolutionary phases in the backbarrier. The Phase 1, from 8000 to 5000 cal yr BP, comprises the period of progressive elevation and highest relative sea-level. The marine influence in this Phase 1 is recorded by abundant shells and shell fragments from invertebrates that live in marine and lagoonal/bay environments; the organic matter preserved in the sediments show \'delta\'\'POT.13\'C inside the interval between -19 and -22%o which is typical of marine phytoplanktons; in the shells, the vertical variation of \'delta\'\'POT.13\'C (from 1.22%o to 0.20%o) and \'delta\'\'POT.18\'O (from -0.5%o to -1.8%o) indicates the influence of marine in this Fase 1. This led to the conclusion that in this Phase 1, the survey area should be occupied by an extensive bay system, with drowned incised valleys and isolated islands (represented by the current Ponta do Ilhote Pequeno, Cabo de Santa Marta and Ponta da Galheta). With fhe formation of the barrier the bay was separated from the shallow open sea, giving place to the lagoonal mixohaline water body. During Phase 2, from 5000 to 3000 years cal BP, under declining sea-level conditions, the four backbarrier sectors experienced different sedimentary evolutions, conditioned by the pre-existing morphology and sedimentary supply of each one. The deposits of the Phase 3, from around 3000 years BP to the present, are characterized by: absence of shells, predominance of fine sand facies with plant debris, increasingly higher amounts of \'C IND.org\' and lower \'delta\'\'POT.13\'C ratio in sediments, which begin to record values typical of C3 and C4 plants. This phase is interpreted as resulting from the progradation of the delta front on the lagoon margin, combined with the continued reduced sea level, accelerated filling process and emersion of lagoonal features. These features were remodeled by the lagoonal circulation, determining the recovering by tidal marshes. Phase 3 can also be considered as the maximum stabilization of aeolian dunes, with the formation of an extensive deflation plain and wet interdunes. This reducing of marine influence is potentially associated with the stretching, limitation or even closing of the lagoon mouth, with relative increase in the accumulation of continental organic matter.

Na Serra do Espinhaço Meridional, o predomínio de uma litologia quartzítica, associada a processos tectônicos diversos, proporcionou a formação de um complexo sistema de falhas, fraturas e dobramentos que, aparentemente, controlam a sedimentação quaternária e a rede de drenagem. Esta última, por sua vez, possui importante papel na formação de ambientes hidromórficos e na formação de turfeiras. Baseado na hipótese de que as turfeiras se formam em decorrência do controle exercido por estruturas quartzíticas sobre a rede de drenagem, gerando hidromorfismo, este trabalho objetiva estudar a relação entre morfoestratigrafia, hidrologia e os processos de formação das turfeiras a partir de uma análise espacial do meio físico, da configuração do embasamento rochoso, analisado pelo Radar de Penetração do solo (GPR), e de mudanças climáticas ocorridas no Pleistoceno e Holoceno. A análise do meio físico foi realizada a partir de uma compilação de cartas geológicas da área e do mapeamento das principais feições geomorfológicas, analisadas a partir de modelos gerados em sistemas de informação geográfica (SIG). A partir de uma análise detalhada dos produtos supracitados, foram selecionadas cinco microbacias hidrográficas com padrões geomorfológicos favoráveis a formação de turfeiras (planícies quartzíticas, vales suspensos, vales encaixados e vales alongados ladeado por vertentes suaves). Foram realizadas análises das geoformas e da drenagem por estereoscopia e transeções com o GPR. A cronologia dos eventos, bem como, a estratigrafia e a origem da MO foram analisadas por datações por C14, granulometria e fracionamento isotópico da MO, respectivamente. As turfeiras se formam, preferencialmente, em depressões formadas sobre litotipos mais susceptíveis ao intemperismo confinados entre quartzitos altamente resistentes onde a umidade tende a ser mantida. Dados do GPR mostram que as turfeiras ocorrem também associadas ao excesso de umidade mantido por soleiras quartzíticas em subsuperfície nos vales alongados adaptados a falhas e nos vales suspensos. Os soterramentos de turfeiras foram favorecidos por lineamentos tectônicos de direção E - W que controlam parcialmente a drenagem e a sedimentação na porção mediana da área. As variações nos processos sedimentares apresentam forte relação com mudanças climáticas ocorridas no Holoceno e Pleistoceno. Pelo menos seis períodos de mudanças climáticas foram observadas: entre 30.251 a 12.418 anos AP o clima favoreceu a deposição de MO; de 12.418 a 7.890 anos AP os processos erosivos foram mais intensos; de 7.890 a 3.280 anos AP o clima quente e úmido favoreceu o deposito de MO e, nos últimos 2.590 anos AP, o clima foi semelhante ao atual com 3 períodos breves favoráveis a deposição de turfa observado por camadas discretas de MO. / The morphology of the Serra do Espinhaço Meridonal is associated with various tectonic processes. In combination with the prevalence of a quartzite lithology this caused the formation of a complex system of faults, fractures and folds that control the Quaternary sedimentation and drainage network. Impeded drainage cause hydromorphic environments in which organic matter (OM) may accumulate, causing the formation of peatlands. Based on the hypothesis that the formation of peatlands in this area is controlled by impeded drainage of quartzite structures, the aims of this thesis were (i) to study the relationship between morphology, stratigraphy and hydrology, (ii) to determine the influence of this relationship on the formation of peatlands, and (iii) to interpret this in the context of climatic changes in the Pleistocene and Holocene. This will be done by a spatial analysis of the physical environment of five watersheds. The watersheds were selected based on geomorphological patterns that favor peat formation, including quartzite plains, hanging valleys and elongated valleys flanked by gentle slopes. The configuration of the rocky basement will be determined with Ground Penetrating Radar (GPR), a compilation of geological maps of the area will be made, and the main geomorphological features will be examined using Geographic Information Systems (GIS) models. The chronology, stratigraphy and origin of OM were analyzed by C14 dating, particle size and isotopic fractionation, respectively. The results indicate that the peatlands are preferentially formed on rock types other than quartzite, which are occasionally located between the highly resistant quartzite rocks. Because this material is more susceptible to weathering, depressions were formed in which water tends to accumulate, thereby providing conditions that favor peat formation. However, GPR data showed that peatlands were also formed on quartzite rocks when the subsurface showed elongated valleys adapted to crashes and hanging valleys. Burried peat was found at some places, which was related to tectonic lineament patterns with an east-west direction. These tectonic lineament patterns partially controlled the drainage and sedimentation in the central part of the area. Variation in sedimentary processes (peat formation vs. mineral influx/erosion) was found to be strongly related to climatic changes in the Holocene and Pleistocene. At least six periods of climate change were observed: between 30.251 and 12.418 yr BP climate favored the deposition of OM, between 12,418 and 7890 yr BP erosion processes were more intense; between 7.890 - 3.280 yr BP a hot and humid climate favored peat formation, and the last 2.590 years the climate was similar to the current favorable with three brief periods of peat deposition were observed.

Nesta pesquisa de doutorado foi desenvolvida uma metodologia de análise e interpretação de dados GPR (Ground Penetrating Radar) empregando a tomografia de micro-ondas. Esta ferramenta foi empregada com o objetivo de detectar e estimar a geometria de alvos que simulam artefatos comumente encontrados em sítios arqueológicos brasileiros e de um alvo orgânico que simula um corpo humano em decomposição visando estudos forenses sob condições controladas. Os dados de interesse arqueológico foram adquiridos sobre o Sítio Controlado de Geofísica Rasa (SCGR) do IAG/USP. Os dados de interesse forense foram adquiridos sobre um experimento controlado conduzido no campus da USP em Pirassununga (SP), onde um porco de aproximadamente 80 kg foi enterrado e a sua decomposição foi monitorada com o método GPR ao longo de 18 meses. Os cálculos necessários para a execução da inversão dos dados GPR através da tomografia foram implementados em linguagem Matlab, juntamente com ferramentas de remoção de background que se mostraram úteis para auxiliar a interpretação dos resultados. O programa de imageamento tomográfico foi validado a partir de dados sintéticos gerados no software GprMax a partir de modelos que simulam os alvos de interesse arqueológico instalados no SCGR. A geometria dos alvos do SCGR pôde ser bem estimada, exceto pelo alvo representado pelo muro de tijolos. Feições no solo associadas às escavações para instalação dos alvos puderam ser observadas com clareza nas imagens tomográficas. A geometria do porco, bem como o processo de decomposição foram mapeados através da tomografia mesmo em condições de baixo contraste entre as suas propriedades elétricas e as do solo. Em ambos os casos estudados as imagens tomográficas de dados GPR de 270 MHz, 400 MHz e 900 MHz permitiram extrair mais informações acerca dos alvos do que pelo uso do processamento convencional. Os resultados mostram que a tomografia de micro-ondas possui um grande potencial para aplicação em sítios arqueológicos brasileiros, bem como para aplicações forenses. / In this research a methodology for analysis and interpretation of GPR (Ground Penetrating Radar) data using microwave tomography was developed. This tool was used for detection and geometry evaluation of targets which simulate artifacts usually found at Brazilian archaeological sites and also of one organic target which simulates a decomposing human body for forensic studies under controlled conditions. The data of archaeological interest were acquired on the Geophysical Test Site (SCGR) at IAG/USP. The data of forensic interest were acquired on an experiment developed at the USP campus in Pirassununga (SP) city. In this experiment a pig with about 80 kg was buried and its decomposition was monitored through GPR profiles during 18 months. The calculations required for the GPR data inversion through microwave tomography were implemented in Matlab language, with background removal tools which were helpful for the interpretation of resulting images. The tomographic imaging program was validated using synthetic data generated by the software GprMax. The models simulate targets of archaeological interest buried at the SCGR. The geometry was well estimated for all the targets, except for the brick wall. Ground features associated to excavations done for the installation of the targets were clearly observed in the tomographic images. The pig geometry and its decomposition process were mapped through microwave tomography even under conditions of low contrast between its electric properties and those from the soil. In both studied cases the tomographic images from GPR data of 270 MHz, 400 MHz and 900 MHz allowed to extract more information about the targets than just using the conventional processing. The results show that microwave tomography has a great potential to be applied at Brazilian archaeological sites, as well as for forensic applications.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-11-29T11:27:18Z No. of bitstreams: 1 Reginaldo Macedônio da Silva_.pdf: 12568015 bytes, checksum: b7f2c89facf89b0186ab816497e38c2a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-29T11:27:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reginaldo Macedônio da Silva_.pdf: 12568015 bytes, checksum: b7f2c89facf89b0186ab816497e38c2a (MD5) Previous issue date: 2014-08-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / O crescente avanço de novas tecnologias na área das geociências, como o posicionamento por GNSS, o mapeamento por GPR ou a geração de modelos tridimensionais com a técnica LIDAR permite a integração de técnicas de sensoriamento remoto em diferentes aplicações nas geociências. Para isso é necessário experimentar, testar e avaliar cientificamente o potencial de integração dessas diferentes tecnologias, de forma a explorar em sua plenitude os diferentes tipos de dados. A análise, descrição e interpretação de afloramentos são atividades corriqueiras dos trabalhos de campo geológicos. Apesar do avanço tecnológico das últimas décadas, a obtenção de dados quantitativos a partir do uso de instrumentos não se sobrepôs à tradicional forma de aquisição de dados pelos geólogos: a observação da rocha. Dessa forma, o estudo de afloramentos constitui uma fonte indispensável para a obtenção de dados intermediários entre as escalas megascópica (e.g., geologia regional) e microscópica (e.g., amostra), que por sua natureza são dependentes de aquisição por sensores remotos e instrumentos diversos. O principal desafio em pesquisas dessa natureza é integrar dados quantitativos e digitais, obtidos por instrumentos com diferentes princípios de aquisição e integrá-los aos dados qualitativos e analógicos obtidos pela subjetividade da percepção do geocientista. O objetivo deste trabalho foi analisar, testar e validar essa abordagem multidisciplinar para a modelagem de afloramentos considerando um estudo de caso real no Afloramento Morro Papaléo. Para tanto, considerou-se como premissa que o modelo geológico resultante da integração de dados de diferentes naturezas não tivesse erro posicional em ordem de grandeza superior à resolução espacial do sensor com maior limitação de amostragem. A integração de dados segundo procedimentos metodológicos adequados permitiu gerar um Modelo Digital de Afloramento (MDA) que tornou possível visualizar, medir e interpretar com exatidão a geologia a partir de uma representação geológica do objeto de estudo. A validação de campo foi realizada para assegurar que a qualidade da metodologia proposta pode ser utilizada nesse tipo de estudo. Quanto aos dados de subsuperfície, por meio de seções geofísicas, foi possível estabelecer correlações entre os dados obtidos com a técnica LIDAR, o que permitiu integrar dados de superfície e de subsuperfície. Portanto, com o estabelecimento do modelo 3D gerado numa base de dados consistente, calibrada e validada pode-se a qualquer tempo adicionar dados e incrementar o modelo de forma dinâmica. / The increasing advance of new technologies in the field of geosciences, such as GNSS positioning, mapping by GPR or the generation of three dimensional models with the LIDAR technique allows the integration of orbital and non-orbital remote sensing techniques for different applications in geosciences. Thus, it is necessary to experiment, test and scientifically evaluate the potential of integration of these different technologies in order to explore the different types of data. The analysis, description and interpretation of outcrops are daily activities of the geological fieldwork. Despite the technological advances in the last decades, the acquisiton of quantified data from instruments and sensors did not substitute the traditional source of data of the geologists: the observation of the rock. Thus, the study of outcrops is fundamental in the acquisition of intermediate data between the megascopic (e.g. regional geology) and microscopic scales (e.g., sample), quite dependent of acquisition by remote sensors and instruments. The main challenge in this type of research is to integrate quantitative digital data obtained by instruments and sensors based on different principles with qualitative, analogic data, obtained by the subjective perception of the geoscientist. The main purpose of this study was to analyze, test and validate this multidisciplinary approach to the modeling of outcrops considering a real case study in Morro Papaléo Outcrop. For this, it was considered as a premise that the geological model resulting from the integration of different data had not a positional error in an order of magnitude higher than the spatial resolution of the more limited sensor. The data integration using appropriate methodological procedures allowed generate a Digital Outcrop Model (DOM) which made it possible to view, measure and accurately interpret the geology from a 3D geological representation. The field validation was performed to ensure that the quality of the proposed methodology can be used in this type of study. Through geophysical sections was possible to correlate subsurface data with those obtained with the LIDAR technique, allowing data integration of surface and subsurface data. Therefore, with the establishment of the 3D model generated in a consistent database, calibrated and validated, at any time more data can be added to this dynamic model.

Nesta pesquisa de doutorado foi desenvolvida uma metodologia de análise e interpretação de dados GPR (Ground Penetrating Radar) empregando a tomografia de micro-ondas. Esta ferramenta foi empregada com o objetivo de detectar e estimar a geometria de alvos que simulam artefatos comumente encontrados em sítios arqueológicos brasileiros e de um alvo orgânico que simula um corpo humano em decomposição visando estudos forenses sob condições controladas. Os dados de interesse arqueológico foram adquiridos sobre o Sítio Controlado de Geofísica Rasa (SCGR) do IAG/USP. Os dados de interesse forense foram adquiridos sobre um experimento controlado conduzido no campus da USP em Pirassununga (SP), onde um porco de aproximadamente 80 kg foi enterrado e a sua decomposição foi monitorada com o método GPR ao longo de 18 meses. Os cálculos necessários para a execução da inversão dos dados GPR através da tomografia foram implementados em linguagem Matlab, juntamente com ferramentas de remoção de background que se mostraram úteis para auxiliar a interpretação dos resultados. O programa de imageamento tomográfico foi validado a partir de dados sintéticos gerados no software GprMax a partir de modelos que simulam os alvos de interesse arqueológico instalados no SCGR. A geometria dos alvos do SCGR pôde ser bem estimada, exceto pelo alvo representado pelo muro de tijolos. Feições no solo associadas às escavações para instalação dos alvos puderam ser observadas com clareza nas imagens tomográficas. A geometria do porco, bem como o processo de decomposição foram mapeados através da tomografia mesmo em condições de baixo contraste entre as suas propriedades elétricas e as do solo. Em ambos os casos estudados as imagens tomográficas de dados GPR de 270 MHz, 400 MHz e 900 MHz permitiram extrair mais informações acerca dos alvos do que pelo uso do processamento convencional. Os resultados mostram que a tomografia de micro-ondas possui um grande potencial para aplicação em sítios arqueológicos brasileiros, bem como para aplicações forenses. / In this research a methodology for analysis and interpretation of GPR (Ground Penetrating Radar) data using microwave tomography was developed. This tool was used for detection and geometry evaluation of targets which simulate artifacts usually found at Brazilian archaeological sites and also of one organic target which simulates a decomposing human body for forensic studies under controlled conditions. The data of archaeological interest were acquired on the Geophysical Test Site (SCGR) at IAG/USP. The data of forensic interest were acquired on an experiment developed at the USP campus in Pirassununga (SP) city. In this experiment a pig with about 80 kg was buried and its decomposition was monitored through GPR profiles during 18 months. The calculations required for the GPR data inversion through microwave tomography were implemented in Matlab language, with background removal tools which were helpful for the interpretation of resulting images. The tomographic imaging program was validated using synthetic data generated by the software GprMax. The models simulate targets of archaeological interest buried at the SCGR. The geometry was well estimated for all the targets, except for the brick wall. Ground features associated to excavations done for the installation of the targets were clearly observed in the tomographic images. The pig geometry and its decomposition process were mapped through microwave tomography even under conditions of low contrast between its electric properties and those from the soil. In both studied cases the tomographic images from GPR data of 270 MHz, 400 MHz and 900 MHz allowed to extract more information about the targets than just using the conventional processing. The results show that microwave tomography has a great potential to be applied at Brazilian archaeological sites, as well as for forensic applications.

O objetivo desta tese é reconhecer as feições morfológicas e compreender o empilhamento de fácies deixado em sub-superfície como registro da evolução holocênica da retrobarreira entre Jaguaruna e Laguna (Santa Catarina, Sul do Brasil). Esta retrobarreira é formada por quatro setores geográficos, de SW para NE: Garopaba do Sul, Camacho, Rio do Meio e Campos Verdes. O setor de Garopaba do Sul, no contexto geomorfológico, difere dos demais pela presença, no limite interno, de terraço marinho pleistocênico, em parte recoberto por paleodunas pré-máxima inundação holocênica (geração eólica 2), e por abranger lago residual do sistema lagunar (Laranjal). As idades \'ANTPOT.14 C\' encontradas variam entre 5560 a 2190 anos cal A.P.. A sucessão de fácies deposicionais caracteriza-se por três associações de fácies: lagunar, planície de maré e eólica. No setor Camacho, porção central e de máximo estreitamento da barreira, a principal diferença morfológica são os paleodeltas de maré enchente associados á mingração do canal lagunar Camacho para NE. Nos depósitos, foram encontradas idades entre 8185 e 2165 anos cal A.P. e delimitadas quatro associações de fácies: desembocadura lagunar, delta de maré enchente, planície de maré e eólica. No setor Rio do Meio, a retrobarreira atua como planície interlagunar, separando a laguna Camacho (a SW) da laguna Santa Marta (para NE). Esta planície posiciona-se à retaguarda dos costões rochosos Ponta do Ilhote Pequeno e Cabo de Santa Marta, onde se originou a partir da formação de um tômbolo. Corresponde ao setor de maior influência continental pela frente deltaica do rio Tubarão, com três associações de fácies deposicionais: tômbolo, lagunar e planície de maré. As idades \'ANTPOT.14 C\' nas duas últimas associações variam entre 4650 e 1850 anos cal A.P.. Em Campos Verdes, a retrobarreira é formada por alinhamento de cordões litorâneos transversais à costa atual, separados entre si por truncamentos em padrão côncavoconvexo. Parte dos cordões superpõe-se por campos de paleodunas parabólicas atribuídas à geração eólica 3 (pós-máxima inundação). Neste setor, encontram-se três associações de fácies: pontal lagunar, cordões litorâneos e dunas eólicas. A análise integrada dos resultados permitiu diferenciar três fases evolutivas na retrobarreira. A Fase 1, entre 8000 e 5000 anos cal A.P. abrange o período de progressiva elevação e de mais alto nível do mar. A influência marinha na Fase 1 é evidenciada nos depósitos da retrobarreira com abundante concentração de conchas (inteiras e fragmentadas) de sistemas marinhos e lagunares/baía; a matéria orgânica preservada nos sedimentos apresentou valores de \'delta\'\'POT.13\'C entre -19 e -22%o , típicos de fitoplâncton marinho; a variação isotópica em conchas, com valores de \'delta\'\'POT.13\'C entre 1,22%o e 0,20%o e de \'delta\'\'POT.18\'O de - 0,5%o a - 1,8%o , indica o predomínio da dinâmica sedimentar marinha durante a fase 1. Interpretou-se que na Fase 1 a área de estudo foi ocupada por extenso sistema baía, com vales incisos afogados e ilhas emersas (representadas pelos atuais costões rochosos de Ponta do Ilhote Pequeno, Cabo de Santa Marta e Ponta da Galheta). Com a formação da barreira a baía isolou-se do mar raso, dando lugar ao corpo de água lagunar mixoalino. Na Fase 2, de 5000 a 3000 anos cal A.P., sob condições de NRM declinante, observou-se o desenvolvimento sedimentar diferenciado dos quatro setores retrobarreira, condicionado pela morfologia preexistente e pelo suprimento sedimentar. Os depósitos da Fase 3, de cerca de 3000 anos A.P. ao atual, caracterizam-se por: ausência de conchas, predomínio de fácies de areia fina com detritos vegetais, aumento ascendente dos valores de \'C IND.org\' e queda da razão \'delta\'\'POT.13\'C em sedimentos, alcançando valores típicos de plantas C3 e C4. Durante esta fase, a disponibilidade de sedimentos pela progradação da frente deltaica sobre a margem lagunar, associada à continuidade da queda de NRM, acelerou o assoreamento e a emersão das feições lagunares. Estas passaram a ser remodeladas pela circulação lagunar intermarés, o que determinou seu recobrimento pelas marismas e pântanos de maré. A Fase 3 pode ser considerada como de máxima estabilização das dunas eólicas, com formação de extensa planície de deflação e interdunas alagadas. Atesta-se assim a redução da influência de águas marinhas, possivelmente associada a alongamento, restrição ou mesmo fechamento da desembocadura lagunar, com aumento relativo do aporte de matéria orgânica continental. / The aims of this thesis is to identify the morphological features and understand the facies succession of the Holocene backbarrier in the Jaguaruna-Laguna region (Santa Catarina, Brazil). This backbarrier is formed by four geographic sectors, from SW to NE: Garopaba do Sul, Camacho, Rio do Meio and Campos Verdes. Regarding the geomorphological context, the sector of Garopaba do Sul differs from the others by the existence of a Pleistocene marine terrace, which is partly covered by paleodunes (generation 2) pre-maximum Holocene relative sea level (RSL), and by the presence of a residual lake of the lagoon system (Laranjal Lake). The depositional facies succession shows radiocarbon ages between 5560 and 2190 cal yr BP, being characterized by three facies associations: lagoonal, tidal flat and aeolian. The backbarrier of Camacho is sited beside the narrowest part of the barrier. Its main morphologic features are flood tidal paleodeltas associated with the migration of the Camacho inlet toward NE. Four facies associations were defined in this sector, with ages between 8185 and 2165 cal yr BP: inlet, flood-tidal delta, tidal plain and aeolian. At Rio do Meio, the backbarrier consists in an tidal flat separating the Camacho lagoon (SW) from the Santa Marta lagoon (NE).This plain is located rearward from Ponta do Ilhote Pequeno and Cabo de Santa Marta, where it was originated from the formation of a tombolo separating the two lagoons. It is also the sector with greater influence of Tubarão river deltaic front. Three facies associations were recognized: tombolo, lagoonal and tidal flat. The \'ANTPOT.14 C\' ages obtained in lagoonal deposits vary between 5570 and 1850 cal yr BP. In Campos Verdes, the backbarrier is formed by sets of beach ridges alignments, oriented transversal to the coastline and separated from each other by concave-convex truncations. Part of the ridges are superposed by several inactive parabolic dune-fields, attributed to the aeolian generation 3 (post maximum Holocene flooding).This sector is formed by three facies association: lagoon spit, beach ridges and aeolian dunes. The multi-proxy analysis of the set of results enabled the differentiation of three evolutionary phases in the backbarrier. The Phase 1, from 8000 to 5000 cal yr BP, comprises the period of progressive elevation and highest relative sea-level. The marine influence in this Phase 1 is recorded by abundant shells and shell fragments from invertebrates that live in marine and lagoonal/bay environments; the organic matter preserved in the sediments show \'delta\'\'POT.13\'C inside the interval between -19 and -22%o which is typical of marine phytoplanktons; in the shells, the vertical variation of \'delta\'\'POT.13\'C (from 1.22%o to 0.20%o) and \'delta\'\'POT.18\'O (from -0.5%o to -1.8%o) indicates the influence of marine in this Fase 1. This led to the conclusion that in this Phase 1, the survey area should be occupied by an extensive bay system, with drowned incised valleys and isolated islands (represented by the current Ponta do Ilhote Pequeno, Cabo de Santa Marta and Ponta da Galheta). With fhe formation of the barrier the bay was separated from the shallow open sea, giving place to the lagoonal mixohaline water body. During Phase 2, from 5000 to 3000 years cal BP, under declining sea-level conditions, the four backbarrier sectors experienced different sedimentary evolutions, conditioned by the pre-existing morphology and sedimentary supply of each one. The deposits of the Phase 3, from around 3000 years BP to the present, are characterized by: absence of shells, predominance of fine sand facies with plant debris, increasingly higher amounts of \'C IND.org\' and lower \'delta\'\'POT.13\'C ratio in sediments, which begin to record values typical of C3 and C4 plants. This phase is interpreted as resulting from the progradation of the delta front on the lagoon margin, combined with the continued reduced sea level, accelerated filling process and emersion of lagoonal features. These features were remodeled by the lagoonal circulation, determining the recovering by tidal marshes. Phase 3 can also be considered as the maximum stabilization of aeolian dunes, with the formation of an extensive deflation plain and wet interdunes. This reducing of marine influence is potentially associated with the stretching, limitation or even closing of the lagoon mouth, with relative increase in the accumulation of continental organic matter.

A implantação do Sítio Controlado de Geofísica Rasa (SCGR), do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), da Universidade de São Paulo (USP), é um marco na história da geofísica nacional. Trata-se do primeiro local de estudos controlados de geofísica rasa, instalado no Brasil. O SCGR está localizado próximo ao Instituto de Física, em frente ao IAG/USP, compreendendo uma área de 1500 m2 (50 m x 30 m). Nesta área, foram instalados diferentes alvos, com dimensões variadas e em diferentes profundidades, dispostos em sete linhas de 30 metros. Os alvos escolhidos tiveram como finalidade reproduzir uma pequena amostra dos principais objetos que são encontrados em ambiente urbano. O objetivo do estudo foi o de caracterizar os alvos instalados no SCGR, por meio da utilização de diferentes métodos geofísicos, com ênfase no método Ground Penetrating Radar (GPR), seguido dos métodos de eletrorresistividade e eletromagnético indutivo (EM-38). Esta caracterização consistiu em avaliar o desempenho e a confiabilidade dos métodos geofísicos, quando aplicados sobre alvos com propriedades físicas conhecidas. A coleta de dados foi realizada antes e depois da instalação do sítio controlado, permitindo, assim, a caracterização geofísica do meio (background) e dos alvos. Os resultados geofísicos foram apresentados na forma de perfis 2D e de cortes em profundidade em blocos volumétricos, Quase-3D. Os dados geofísicos do background evidenciam uma camada de aterro, com espessura de até 2,8 metros, repousando sobre sedimentos argilosos da planície de inundação do rio Pinheiros. O EM-38 possibilitou o mapeamento de todos os objetos metálicos enterrados até a profundidade máxima de 1,5 metro. A identificação de alguns alvos metálicos, enterrados na profundidade de 0,5 metro, também foi possível com os resultados de cargabilidade. Os dados de resistividade elétrica permitiram a identificação de um tubo metálico guia, enterrado no centro da área, a 0,5 metro de profundidade, e de alvos representativos de materiais geológicos. Os resultados de GPR permitiram o imageamento da maioria dos alvos implantados na área do SCGR, com melhor resolução aqueles que mostram maior contraste dielétrico. A pesquisa contribui para o refinamento dos métodos de campo aplicados aos problemas reais do cotidiano, principalmente, em estudos de geotecnia, planejamento urbano, arqueologia e meio ambiente. / The implantation of the Shallow Geophysical Test Site (SCGR) of the Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences Institute (IAG), from University of Sao Paulo (USP), is a mark in national geophysical history. It is the first site Shallow geophysical study site installed in Brazil. This Test Site is located next to Physics Institute in front of IAG/USP, comprehending an area of 1500 m2 (50 m x 30 m). In this area, different targets were installed, with varied dimensions and different depths, buried in seven lines of 30 meters. Targets were chosen aiming at reproducing a small sample of main objects found in urban environment. The goal of the study was characterizing targets installed in SCGR by using different geophysical methods with emphasis in Ground Penetrating Radar (GPR), electric and inductive electromagnetic (EM-38) methods. This characterization consisted in evaluating the performance and reliability of geophysical methods, when applied in targets whose physical properties are well-known. Measurements were carried out before the targets installation in subsurface, in order to obtain data from land background or geologic horizons before disturbances. In a second stage, geophysical data were obtained after target installation. Geophysical results were shown in 2D profiles, and depth slices in volumetric blocks, Quasi-3D. Geophysical data from land background showed an earthwork layer, with thickness up to 2.8 meters, above loamy sediments of Pinheiros River. EM-38 enabled the mapping of all metallic targets buried until 1.5 meter of maxim depth. The identification of some metallic targets also buried in the depth of 0.5 meter was possible with chargeability results. Electric resistivity data allowed the identification of a metallic tube buried at the centre of the area, to 0.5 meter of depth, and of representative geological materials targets. GPR results identified of the majority of targets buried in SCGR with better resolution than those ones shown highest dielectric contrast. This research contributes for geophysical method refinement applied to everyday problems mostly in geotechnical, urban planning, archaeological and environmental studies.

Na Serra do Espinhaço Meridional, o predomínio de uma litologia quartzítica, associada a processos tectônicos diversos, proporcionou a formação de um complexo sistema de falhas, fraturas e dobramentos que, aparentemente, controlam a sedimentação quaternária e a rede de drenagem. Esta última, por sua vez, possui importante papel na formação de ambientes hidromórficos e na formação de turfeiras. Baseado na hipótese de que as turfeiras se formam em decorrência do controle exercido por estruturas quartzíticas sobre a rede de drenagem, gerando hidromorfismo, este trabalho objetiva estudar a relação entre morfoestratigrafia, hidrologia e os processos de formação das turfeiras a partir de uma análise espacial do meio físico, da configuração do embasamento rochoso, analisado pelo Radar de Penetração do solo (GPR), e de mudanças climáticas ocorridas no Pleistoceno e Holoceno. A análise do meio físico foi realizada a partir de uma compilação de cartas geológicas da área e do mapeamento das principais feições geomorfológicas, analisadas a partir de modelos gerados em sistemas de informação geográfica (SIG). A partir de uma análise detalhada dos produtos supracitados, foram selecionadas cinco microbacias hidrográficas com padrões geomorfológicos favoráveis a formação de turfeiras (planícies quartzíticas, vales suspensos, vales encaixados e vales alongados ladeado por vertentes suaves). Foram realizadas análises das geoformas e da drenagem por estereoscopia e transeções com o GPR. A cronologia dos eventos, bem como, a estratigrafia e a origem da MO foram analisadas por datações por C14, granulometria e fracionamento isotópico da MO, respectivamente. As turfeiras se formam, preferencialmente, em depressões formadas sobre litotipos mais susceptíveis ao intemperismo confinados entre quartzitos altamente resistentes onde a umidade tende a ser mantida. Dados do GPR mostram que as turfeiras ocorrem também associadas ao excesso de umidade mantido por soleiras quartzíticas em subsuperfície nos vales alongados adaptados a falhas e nos vales suspensos. Os soterramentos de turfeiras foram favorecidos por lineamentos tectônicos de direção E - W que controlam parcialmente a drenagem e a sedimentação na porção mediana da área. As variações nos processos sedimentares apresentam forte relação com mudanças climáticas ocorridas no Holoceno e Pleistoceno. Pelo menos seis períodos de mudanças climáticas foram observadas: entre 30.251 a 12.418 anos AP o clima favoreceu a deposição de MO; de 12.418 a 7.890 anos AP os processos erosivos foram mais intensos; de 7.890 a 3.280 anos AP o clima quente e úmido favoreceu o deposito de MO e, nos últimos 2.590 anos AP, o clima foi semelhante ao atual com 3 períodos breves favoráveis a deposição de turfa observado por camadas discretas de MO. / The morphology of the Serra do Espinhaço Meridonal is associated with various tectonic processes. In combination with the prevalence of a quartzite lithology this caused the formation of a complex system of faults, fractures and folds that control the Quaternary sedimentation and drainage network. Impeded drainage cause hydromorphic environments in which organic matter (OM) may accumulate, causing the formation of peatlands. Based on the hypothesis that the formation of peatlands in this area is controlled by impeded drainage of quartzite structures, the aims of this thesis were (i) to study the relationship between morphology, stratigraphy and hydrology, (ii) to determine the influence of this relationship on the formation of peatlands, and (iii) to interpret this in the context of climatic changes in the Pleistocene and Holocene. This will be done by a spatial analysis of the physical environment of five watersheds. The watersheds were selected based on geomorphological patterns that favor peat formation, including quartzite plains, hanging valleys and elongated valleys flanked by gentle slopes. The configuration of the rocky basement will be determined with Ground Penetrating Radar (GPR), a compilation of geological maps of the area will be made, and the main geomorphological features will be examined using Geographic Information Systems (GIS) models. The chronology, stratigraphy and origin of OM were analyzed by C14 dating, particle size and isotopic fractionation, respectively. The results indicate that the peatlands are preferentially formed on rock types other than quartzite, which are occasionally located between the highly resistant quartzite rocks. Because this material is more susceptible to weathering, depressions were formed in which water tends to accumulate, thereby providing conditions that favor peat formation. However, GPR data showed that peatlands were also formed on quartzite rocks when the subsurface showed elongated valleys adapted to crashes and hanging valleys. Burried peat was found at some places, which was related to tectonic lineament patterns with an east-west direction. These tectonic lineament patterns partially controlled the drainage and sedimentation in the central part of the area. Variation in sedimentary processes (peat formation vs. mineral influx/erosion) was found to be strongly related to climatic changes in the Holocene and Pleistocene. At least six periods of climate change were observed: between 30.251 and 12.418 yr BP climate favored the deposition of OM, between 12,418 and 7890 yr BP erosion processes were more intense; between 7.890 - 3.280 yr BP a hot and humid climate favored peat formation, and the last 2.590 years the climate was similar to the current favorable with three brief periods of peat deposition were observed.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SeverinoPGN_TESE.pdf: 2322839 bytes, checksum: eda5c48fde7c920680bcb8d8be8d5d21 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / The camera motion estimation represents one of the fundamental problems in Computer Vision and it may be solved by several methods. Preemptive RANSAC is one of them, which in spite of its robustness and speed possesses a lack of flexibility related to the requirements of applications and hardware platforms using it. In this work, we propose an improvement to the structure of Preemptive RANSAC in order to overcome such limitations and make it feasible to execute on devices with heterogeneous resources (specially low budget systems) under tighter time and accuracy constraints. We derived a function called BRUMA from Preemptive RANSAC, which is able to generalize several preemption schemes, allowing previously fixed parameters (block size and elimination factor) to be changed according the applications constraints. We also propose the Generalized Preemptive RANSAC method, which allows to determine the maximum number of hipotheses an algorithm may generate. The experiments performed show the superiority of our method in the expected scenarios. Moreover, additional experiments show that the multimethod hypotheses generation achieved more robust results related to the variability in the set of evaluated motion directions / A estima??o de pose/movimento de c?mera constitui um dos problemas fundamentais na vis?o computacional e pode ser resolvido por v?rios m?todos. Dentre estes m?todos se destaca o Preemptive RANSAC (RANSAC Preemptivo), que apesar da robustez e velocidade apresenta problemas de falta de flexibilidade em rela??o a requerimentos das aplica??es e plataformas computacionais utilizadas. Neste trabalho, propomos um aperfei?oamento da estrutura do Preemptive RANSAC para superar esta limita??o e viabilizar sua execu??o em dispositivos com recursos variados (enfatizando os de poucas capacidades) atendendo a requisitos de tempo e precis?o diversos. Derivamos do Preemptive RANSAC uma fun??o a que chamamos BRUMA, que ? capaz de generalizar v?rios esquemas de preemp??o e que permite que par?metros anteriormente fixos (tamanho de bloco e fator de elimina??o) sejam configurados de acordo com as restri??es da aplica??o. Propomos o m?todo Generalized Preemptive RANSAC (RANSAC Preemptivo Generalizado) que permite ainda alterar a quantidade m?xima de hip?teses a gerar. Os experimentos demonstraram superioridade de nossa proposta nos cen?rios esperados. Al?m disso, experimentos adicionais demonstram que a gera??o de hip?teses multim?todos produz resultados mais robustos em rela??o ? variabilidade nos tipos de movimento executados