Made available in DSpace on 2014-07-29T14:52:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese glenio g santos part 1.pdf: 422298 bytes, checksum: f55f5a007ac66f4eca51eb0700509f2e (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / When the agricultural usage becomes more intensive, the soil-water physical attributes can undergo significant modifications which are generally adverse to plant growth. The changes can be rather easily detected when the cultivated systems are compared with the same soil still under natural Cerrado vegetation. The use of the system of crop-livestock integration can lead to marked changes in the physical, chemical, and biological soil attributes that can affect the development and hence the productivity of the crops that come after the pasture. This study aimed at analyzing quantitatively by means of attributes of soil-water relations, the main changes in soil quality, resulting from long-term soil usage under integrated crop-livestock, conducted in Cerrado area. The study was carried out by sampling soil trenches dug in the Capivara Farm of Embrapa Rice and Beans, as well as, in a private farm, located nearby Embrapa property. The trenches were sampled in the following depths: 2.5-7.5 cm, 12.5-17.5 cm, 22.5-27.5 cm, 42.5-47.5 cm, 72.5-77.5 cm and 142.5-147.5 cm. The evaluations were carried in six production systems, with an average of 13.5 ha in each area, being characterized by its current usage as: P1 system (Brachiaria brizantha grazing managed for four years); P2 system (Brachiaria brizantha grazing managed for two years); P3 system (Brachiaria brizantha grazing managed for three years); C1 system (soybean under no-tillage); C2 system (rice under conventional tillage) and C3 system (maize + Brachiaria brizantha under no-tillage). It was also used a seventh area, kept under continuous grazing with Brachiaria decumbens managed for 19 years, identified as CP, and an eighth area of the native cerrado vegetation, identified as CE. Generally, the soil-water physical attributes, and among them, the soilwater retention curves and the respective S-index values are altered when managed with agricultural implements and animal grazing in comparison to native cerrado area, considered in this study as a reference area. The use of S-index to evaluate the soil physical quality from the point of view of its structure quality by means of the soil-water retention curve can be a viable option, since it does not have some of the restrictions found by using other soil quality indicators. However, its use requires a greater number of regionalized investigations for different tillage systems and crops, soil types, climate, soil biological activity, among others, in order to relate the critical values with average productivity, so it can used safely to appraise the "effective" soil physical quality / Na medida em que se intensifica o uso agrícola, os atributos físico-hídricos do solo sofrem alterações, geralmente adversas ao crescimento vegetal e essas modificações ficam mais nítidas, quando os sistemas de uso do solo são comparados com o estado do solo ainda sob vegetação natural de cerrado. A utilização do sistema de integração lavourapecuária pode acarretar mudanças acentuadas nos atributos físicos, químicos e biológicos do solo e que podem afetar o desenvolvimento e, consequentemente, a produção das culturas que venham em sequência ao pastejo. Este estudo teve como objetivo geral analisar, quantitativamente, por meio de atributos físico-hídricos, as principais alterações na qualidade do solo, decorrentes da utilização de longo prazo em sistema de integração lavoura-pecuária, conduzidos em ambiente de Cerrado. O estudo foi realizado a partir da abertura de trincheiras na Fazenda Capivara, Embrapa Arroz e Feijão, e em área particular, ao lado da propriedade da Embrapa, onde amostras de solo foram coletadas nas profundidades: 2,5-7,5 cm, 12,5-17,5 cm, 22,5-27,5 cm, 42,5 47,5 cm, 72,5-77,5 cm e 142,5-147,5 cm. As avaliações foram realizadas em seis sistemas, com área média de 13,5 ha cada, sendo caracterizadas pelo seu uso atual como: sistema P1 (pastagem de Brachiaria brizantha com quatro anos de uso); sistema P2 (pastagem de Brachiaria brizantha com dois anos de uso); sistema P3 (pastagem de Brachiaria brizantha com três anos de uso); sistema C1 (Soja sob plantio direto); sistema C2 (arroz sob plantio convencional) e; sistema C3 (milho + Brachiaria brizantha sob plantio direto). Foi também usada uma sétima área de cinco ha, mantida sob pastagem contínua de Brachiaria decumbens, por 19 anos após implantação designada por CP e uma oitava área de cerrado nativo chamada de CE. De uma forma geral, os atributos físico-hídricos e dentre eles as curvas de retenção de água do solo e os respectivos valores do índice-S são alterados, quando submetidos ao manejo com implementos agrícolas e ao pastoreio animal, se comparados à área de cerrado nativo, considerada área de referência neste estudo. O uso do índice-S para avaliar a qualidade física do solo, do ponto de vista da sua estrutura de qualidade por meio da curva de retenção de água pode ser uma opção viável, uma vez que não têm algumas das limitações encontradas no uso de outros indicadores de qualidade do solo. Contudo, sua aplicação demanda um número maior de investigações regionalizadas para diferentes sistemas de manejo e plantas cultivadas, tipos de solo, clima, atividade biológica do solo, dentre outros, relacionando seus valores críticos a índices médios de produtividade agrícola, para que se possa utilizá-lo com segurança na determinação da qualidade física efetiva do solo

A função condutividade hidráulica é um dos parâmetros essenciais para o estudo do fluxo em solos não saturados, permitindo abordar, dentre outros, o avanço da frente de umedecimento e questões como a irrigação e drenagem de solos. Para determinar a condutividade hidráulica não saturada de um solo típico da região Centro-Oeste do Estado de São Paulo, utilizou-se o infiltrômetro de disco. Este equipamento permite conduzir a infiltração de água, estando esta sujeita a um potencial negativo. Com os dados de infiltração acumulada e tempo acumulado obtidos em cada ensaio, foi possível determinar os valores da condutividade hidráulica não saturada e sortividade. Os cálculos foram feitos por diferentes métodos para cada ensaio realizado com o infiltrômetro de disco e comparadas com resultados de ensaios utilizando o permeâmetro Guelph. Observou-se que as condutividades hidráulica não saturadas obtidas com o infiltrômetro de disco tenderam a valores próximos das fornecidas indiretamente por meio do permeâmetro Guelph, com dispersão de aproximadamente uma ordem de grandeza para cada sucção. Também se observou que a condutividade hidráulica não saturada tende a diminuir conforme aumenta a sucção imposta ao solo, mesmo considerando a estreita faixa de sucções usadas nos ensaios. Notou-se ainda pequena variação nas condutividades hidráulicas saturadas calculadas por meio do infiltrômetro de disco, por meio de medidas diretas utilizando o permeâmetro Guelph e ensaios de permeabilidade realizados em laboratório. / The hydraulic conductivity function is essential to the study of water flow in unsaturated soils. From function there can be derived the advancement of the humidification (saturation) front, among other parameters, which is essential to projects of irrigation and drainage of soils. A disk infiltrometer was used to determine the unsaturated hydraulic conductivity of a sample of typical soil from central São Paulo, Brazil. The disk infiltrometer apparatus conducts the infiltration water, which is held at negative potential. Data for cumulative infiltration and elapsed time for each test was used to determine values of unsaturated hydraulic conductivity and sorptivity. Different methodology was applied in the calculations. Data for each experiment carried out utilizing the disk infiltrometer was compared to data obtained utilizing the permeameter of Guelph. It was observed that the unsaturated hydraulic conductivity obtained through the disk infiltrometer yielded values near those obtained indirectly by the permeameter of Guelph, which showed dispersion approximately within one order of magnitude for each suctioning performed. Furthermore, it was observed that the unsaturated hydraulic conductivity tends to diminish in magnitude in an inverse relation to the suction pressure subjected by the soil, even after considering the narrow band of suction pressures carried out in the tests. It was further observed a small variation in the saturated hydraulic conductivities computed from data obtained directly from the infiltrometer disk, the permeameter of Guelph, and other permeability tests done in laboratory.

One of the most important steps in the numerical simulation of a hydrogeological system is the precise definition of initial and boundary conditions. The better these are characterized, the more efficient the calculation and the more accurate are the simulation result. In case of simulating processes in the unsaturated soil zone, the water retention curve, the relationship between volumetric water content and matric potential, is of great importance. However, the retention parameters determined locally by different standard methods often do not represent the whole soil system under consideration due to heterogeneities in the soil body caused by variability or different compaction of the soil. Resulting over- or underestimation of the parameters is leading to a worse performance of simulations of the water balance including to a higher calibration effort. Therefore, it is more favorable to identify these soil parameters by a method representing the whole soil system to avoid uncertainties. For this reason, a dike experiment was performed to investigate how soil parameters determined locally and globally can represent the properties of the whole soil system. When comparing the simulation results of the numerical models, a better agreement of measured and simulated water contents as well as a lower effort for calibration is observed by using the soil parameters determined globally.

O solo é um importante recurso natural e a sua conservação é essencial para uma produção sustentável. A qualidade de um solo, por sua vez, pode ser definida como a capacidade deste em exercer sua função em um ecossistema e pode ser descrita por meio de parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os atributos físicos do solo descrevem a organização de sua estrutura, de modo que esta é responsável pela movimentação e disponibilidade da solução do solo para as plantas e depende da dimensão, forma e arranjo de suas partículas sólidas e de seus poros. Portanto, a discussão dos mecanismos de movimento e retenção da água no solo é relevante na inferência da sua qualidade física. A curva de retenção da água no solo é o gráfico da umidade do solo em função do potencial mátrico da água no solo, a qual é uma ferramenta importante na avaliação da qualidade física do solo. No Brasil, os Latossolos são de grande importância, devido a sua extensão e potencial produtivo. Estes solos são muito intemperizados, com elevada estabilidade de agregados e podem ser originados a partir de materiais distintos, o que interfere na resposta física. Portanto, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar a qualidade físico-hídrica do solo por meio da análise da curva de retenção da água em três Latossolos, verificando entre dois modelos empíricos de ajuste (BROOKS; COREY, 1964; VAN GENUCHTEN, 1980). Também foram avaliadas a frequência de distribuição do tamanho de poros e a utilização do índice S como indicador da qualidade física do solo. Foram coletadas amostras indeformadas de três áreas para confecção das curvas de retenção de água no solo: (1) Latossolo Vermelho Amarelo Distrófico típico (pousio); (2) Latossolo Vermelho Distrófico típico álico (cana-de-açúcar); (3) Latossolo Vermelho Distrófico típico (cana-de-açúcar). Os resultados mostraram que a curva de retenção de água foi influenciada pela densidade do solo, porosidade, textura e conteúdo de carbono orgânico; o ajuste da curva de retenção de água no solo pelos dois modelos utilizados foi semelhante, porém o modelo de van Genuchten (1980) apresentou-se ligeiramente melhor que o modelo de Brooks e Corey (1964), principalmente nos pontos próximos à saturação; a frequência de distribuição de poros e o índice S foram sensíveis em diferenciar a qualidade estrutural de solos devido à textura e ao manejo. / Soil is an important natural resource and its conservation is essential for sustainable production. The quality of a soil can be defined as its ability to exert its function in an ecosystem and can be described by means of physical, chemical and biological parameters. The soil physical attributes describe the organization of its structure, that is responsible for the moviment and availability of soil solution for plants and it depends on the size, shape and arrangement of its solid particles and pores. Therefore, the discussion of the mechanisms of soil water movement and retention is important in inferring its physical quality. The soil water retention curve is an important tool to evaluate soil quality, is the graph of soil water content as a function of soil water matric potential. In Brazil, the Oxisols are of great importance due to their extent and productive potential. These soils are highly weathered, with high aggregate stability and can originate from different materials, which interfer on the physical response. Therefore, the aim of this work was to evaluate the physical-hydric quality of the soil by means of the soil water retention curve of three Oxisols, by using two empirical adjustment models (BROOKS; COREY, 1964; VAN GENUCHTEN, 1980). Pore-size distribution frequency and the use of the S index as an indicator of physical soil quality were also evaluated. Undisturbed soil samples were collected from three areas to obtain the soil water retention curves: (1) Typic Hapludox (fallow land), (2) Rhodic Hapludox (sugarcane), (3) Rhodic Hapludox (sugarcane). The results showed that the soil water retention curve was influenced by the soil bulk density, soil porosity, soil texture and soil organic carbon content. The fitness of the soil water retention curve by the two models was similar, however the van Genuchten\'s model (1980) was slightly better than the model of Brooks and Corey (1964), especially in the points near saturation; the pore-size distribution frequency and the S index were sensitive in differentiating the structural quality of soil due to the texture and management.

O solo é um importante recurso natural e a sua conservação é essencial para uma produção sustentável. A qualidade de um solo, por sua vez, pode ser definida como a capacidade deste em exercer sua função em um ecossistema e pode ser descrita por meio de parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os atributos físicos do solo descrevem a organização de sua estrutura, de modo que esta é responsável pela movimentação e disponibilidade da solução do solo para as plantas e depende da dimensão, forma e arranjo de suas partículas sólidas e de seus poros. Portanto, a discussão dos mecanismos de movimento e retenção da água no solo é relevante na inferência da sua qualidade física. A curva de retenção da água no solo é o gráfico da umidade do solo em função do potencial mátrico da água no solo, a qual é uma ferramenta importante na avaliação da qualidade física do solo. No Brasil, os Latossolos são de grande importância, devido a sua extensão e potencial produtivo. Estes solos são muito intemperizados, com elevada estabilidade de agregados e podem ser originados a partir de materiais distintos, o que interfere na resposta física. Portanto, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar a qualidade físico-hídrica do solo por meio da análise da curva de retenção da água em três Latossolos, verificando entre dois modelos empíricos de ajuste (BROOKS; COREY, 1964; VAN GENUCHTEN, 1980). Também foram avaliadas a frequência de distribuição do tamanho de poros e a utilização do índice S como indicador da qualidade física do solo. Foram coletadas amostras indeformadas de três áreas para confecção das curvas de retenção de água no solo: (1) Latossolo Vermelho Amarelo Distrófico típico (pousio); (2) Latossolo Vermelho Distrófico típico álico (cana-de-açúcar); (3) Latossolo Vermelho Distrófico típico (cana-de-açúcar). Os resultados mostraram que a curva de retenção de água foi influenciada pela densidade do solo, porosidade, textura e conteúdo de carbono orgânico; o ajuste da curva de retenção de água no solo pelos dois modelos utilizados foi semelhante, porém o modelo de van Genuchten (1980) apresentou-se ligeiramente melhor que o modelo de Brooks e Corey (1964), principalmente nos pontos próximos à saturação; a frequência de distribuição de poros e o índice S foram sensíveis em diferenciar a qualidade estrutural de solos devido à textura e ao manejo. / Soil is an important natural resource and its conservation is essential for sustainable production. The quality of a soil can be defined as its ability to exert its function in an ecosystem and can be described by means of physical, chemical and biological parameters. The soil physical attributes describe the organization of its structure, that is responsible for the moviment and availability of soil solution for plants and it depends on the size, shape and arrangement of its solid particles and pores. Therefore, the discussion of the mechanisms of soil water movement and retention is important in inferring its physical quality. The soil water retention curve is an important tool to evaluate soil quality, is the graph of soil water content as a function of soil water matric potential. In Brazil, the Oxisols are of great importance due to their extent and productive potential. These soils are highly weathered, with high aggregate stability and can originate from different materials, which interfer on the physical response. Therefore, the aim of this work was to evaluate the physical-hydric quality of the soil by means of the soil water retention curve of three Oxisols, by using two empirical adjustment models (BROOKS; COREY, 1964; VAN GENUCHTEN, 1980). Pore-size distribution frequency and the use of the S index as an indicator of physical soil quality were also evaluated. Undisturbed soil samples were collected from three areas to obtain the soil water retention curves: (1) Typic Hapludox (fallow land), (2) Rhodic Hapludox (sugarcane), (3) Rhodic Hapludox (sugarcane). The results showed that the soil water retention curve was influenced by the soil bulk density, soil porosity, soil texture and soil organic carbon content. The fitness of the soil water retention curve by the two models was similar, however the van Genuchten\'s model (1980) was slightly better than the model of Brooks and Corey (1964), especially in the points near saturation; the pore-size distribution frequency and the S index were sensitive in differentiating the structural quality of soil due to the texture and management.

Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre os conceitos de solos não saturados e descreve os diversos tipos de camada de cobertura usadas em aterro de resíduos sólidos urbanos. Apresenta trabalhos científicos que contemplam curvas características de solos tropicais brasileiros. Caracteriza o solo usado antigamente como camada de cobertura do Aterro Morro do Céu e este solo com adição de 5% de bentonita. Determina a curva característica desses dois solos pelo Método do Papel Filtro e pela Placa de Sucção e, em seguida, Placa de Pressão. As curvas obtidas por esses métodos apresentaram diferenças. A adição da bentonita no solo teve como objetivo avaliar o desempenho do mesmo. O solo com adição de bentonita apresentou maior plasticidade, menor permeabilidade e maior capacidade de retenção de água no solo. Apresenta a modelagem de camadas monolíticas, camadas monolíticas evapotranspirativas, barreiras capilares, barreiras capilares evapotranspirativas através do uso do Programa VADOSE/W como ferramenta para aferição. / This study is a review about unsatured soils concepts and describes some types of soil cover systems used in landfills. It presents scientific works about Brazilian tropical soils Water Retention Curve. It characterizes the soil that was used as a cover layer system used at Morro do Céu landfill and the same soil with addition of 5% of bentonite. It determinates the soil water retention curve by Filter Paper Method and Suction Plate and, after that, Pressure Plate. The curves obtained by these two methods showed differences. The objective of the addition of the bentonite in the soil is to evaluate its performance. The soil with the addition of bentonite shows higher plasticity, lower hydraulic conductivity and higher moisture storage. It presents the modeling of monolithic covers, evapotranspirative monolithic covers, capillary barriers and evapotranspirative capillary barriers by the use of VADOSE/W Program as a tool for gauging.

Soil compaction under traffic of animals has become an increasingly significant problem in soils used for crop-livestock integration. The objective of this study was to determine the effect of integration crop-livestock and different soil management systems on their attributes water and mechanical and relate them to the development and productivity of soybean. The specific objectives were: to investigate the effect of the absence of animal trampling on the water and mechanical attributes of soil and growth of soybean; to evaluate susceptibility to soil compaction by the parameters of the compressibility of the soil; determine the relationship of permeability to air with the tension of the water and soil pore space; evaluate the relationship between plant growth and water content; evaluate the residual effect of chiseling. The experiment was installed in 2007, in a commercial agricultural area in the municipality of Ibirubá (RS). The soil of the place is classified as Oxisol. Bulk density (Ds), macroporosity (Ma), microporosity (Mi) total porosity (Pt) resistance to penetration (RP) and soil moisture (θ), emergence and plant height, root growth and yield of soybean were evaluated. The experimental design was randomized blocks with three replications. The treatments were: tillage without grazing (SDS / P), tillage with grazing (SDC / P) and chiseling (Esc). The Ds, Mi, Ma, En, CRA and Ka were determined in soil samples collected with the structure preserved in layers: 0-0,07; 0,07- 0,15 e 0,20-0,30 m in three periods: before grazing (August 2007), post-grazing (December 2007) and post-grazing (October 2008). The soil compression curve in balanced sample was determined in tension of 0.03 MPa in the first two layers above. The results indicated that the chiseling sporadic in soils under crop-livestock integration without tillage provides soil hydro-physical conditions less favorable for the development of plants. The preparation with chisel negatively affected grain yield of soybean. The soil whit chiseling had its proprieties changed by the treading of animals, reducing the residual effect of it. The absence of animals did not promote significant changes in Ds, Mi, Ma and Pt managed under the soil tillage. The chiseling decreased soil moisture compared to other treatments. The PR showed a direct relationship with soil moisture, for below 20% obtained values above 2 MPa for RP were. In SD/CP, the root system showed deviation of growth in depth, especially in the 0-0,07 m layer. The deviation unobserved in SD/SP and Esc. The same behavior was not observed in SD/SP and Esc. in years with water deficit. The plant height in SD/SP was higher than in other treatments and the lowest grain yield was obtained in Esc. Highest Ka was observed in lower potential matric and the surface layer of soil, where there is greater presence of macroporosity, with reduction in depth. A direct relationship between the soil Ka and εa was observed. The pressure applied by the traffic of animals increased the values of σp in the surface layer. With chiseling of the soil, the surface layer had less ability to support loads and greater susceptibility to compaction. / A compactação do solo sob tráfego de animais vem se tornando um problema crescente em solos utilizados sob integração lavoura-pecuária. O objetivo deste estudo foi de determinar o efeito da integração lavoura-pecuária e diferentes manejos de manejo do solo nos seus atributos hídricos e mecânicos e relacioná-los com o desenvolvimento e a produtividade da soja. Os objetivos específicos foram: verificar o efeito da ausência do pisoteio animal sobre os atributos hídricos e mecânicos do solo e crescimento da soja; avaliar a suscetibilidade do solo à compactação, através dos parâmetros de compressibilidade do solo; verificar a relação da permeabilidade ao ar com a tensão da água e o espaço poroso do solo; avaliar a relação entre o crescimento das plantas e conteúdo de água; avaliar o efeito residual da escarificação. O experimento foi instalado no ano de 2007, numa área agrícola comercial, no município de Ibirubá (RS). O solo do local é classificado como Latossolo Vermelho distrófico. Avaliaram-se a densidade (Ds), macroporosidade (Ma), microporosidade (Mi) e porosidade total (Pt) a resistência do solo à penetração (RP) e a umidade (θ)do solo, bem como emergência e altura de planta, crescimento radicular e produtividade da soja. O delineamento experimental foi blocos ao acaso com três repetições. Os tratamentos foram: semeadura direta sem pastejo (SD/SP), semeadura direta com pastejo (SD/CP) e escarificado (Esc). A Ds, Mi, Ma, Pt, CRA e a Ka foram determinadas em amostras de solo coletada com estrutura preservada nas camadas de 0-0,07; 0,07- 0,15 e 0,20-0,30 m, em três épocas: antes do pastejo (agosto de 2007), pós-pastejo (dezembro de 2007) e pós-pastejo (outubro de 2008). A curva de compressão do solo foi determinada em amostra equilibrada na tensão de 0,03 MPa nas duas primeiras camadas acima citadas. Os resultados indicaram que a escarificação em solos sob integração lavoura-pecuária sob plantio direto proporciona condições físico-hídrica do solo menos favoráveis ao desenvolvimento das plantas, afetando negativamente o rendimento de grãos da cultura da soja. O solo escarificado sofreu alterações impostas pelo pisoteio dos animais, reduzindo o efeito residual do mesmo. A ausência dos animais não promoveu alterações expressivas na Ds, Mi, Ma e Pt no solo manejado sob plantio direto. A escarificação diminuiu a retenção de água comparado com solo não escarificado. A RP apresentou relação direta com a umidade, abaixo de 20 % obteve-se valores acima de 2 MPa de RP. Na SD/CP o sistema radicular apresentou desvio de crescimento em profundidade, principalmente na camada 0-0,07 m, desvio não observado na SD/SP e no Esc. A altura de planta no SD/SP foi maior do que nos demais tratamentos e a menor produtividade de grãos foram obtidos no Esc. em ano com déficit hídrico. A maior Ka foi observada nos menores potenciais matriciais e na camada superficial do solo, onde há maior presença de macroporos, com redução em profundidade. Obteve-se uma relação direta entre a Ka e o εa do solo. A pressão aplicada pelo tráfego dos animais elevou os valores de σp na camada superficial. Com a escarificação do solo a camada superficial, houve menor capacidade de suporte, ou seja, maior suscetibilidade à compactação.

Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre os conceitos de solos não saturados e descreve os diversos tipos de camada de cobertura usadas em aterro de resíduos sólidos urbanos. Apresenta trabalhos científicos que contemplam curvas características de solos tropicais brasileiros. Caracteriza o solo usado antigamente como camada de cobertura do Aterro Morro do Céu e este solo com adição de 5% de bentonita. Determina a curva característica desses dois solos pelo Método do Papel Filtro e pela Placa de Sucção e, em seguida, Placa de Pressão. As curvas obtidas por esses métodos apresentaram diferenças. A adição da bentonita no solo teve como objetivo avaliar o desempenho do mesmo. O solo com adição de bentonita apresentou maior plasticidade, menor permeabilidade e maior capacidade de retenção de água no solo. Apresenta a modelagem de camadas monolíticas, camadas monolíticas evapotranspirativas, barreiras capilares, barreiras capilares evapotranspirativas através do uso do Programa VADOSE/W como ferramenta para aferição. / This study is a review about unsatured soils concepts and describes some types of soil cover systems used in landfills. It presents scientific works about Brazilian tropical soils Water Retention Curve. It characterizes the soil that was used as a cover layer system used at Morro do Céu landfill and the same soil with addition of 5% of bentonite. It determinates the soil water retention curve by Filter Paper Method and Suction Plate and, after that, Pressure Plate. The curves obtained by these two methods showed differences. The objective of the addition of the bentonite in the soil is to evaluate its performance. The soil with the addition of bentonite shows higher plasticity, lower hydraulic conductivity and higher moisture storage. It presents the modeling of monolithic covers, evapotranspirative monolithic covers, capillary barriers and evapotranspirative capillary barriers by the use of VADOSE/W Program as a tool for gauging.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:36:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_ Alvaro_ Luiz_ Carvalho_ Nebel.pdf: 1615608 bytes, checksum: cf5d12660d9ae82ddc2e973b92c9812e (MD5) Previous issue date: 2009-04-24 / The understanding of the dynamics of the water in the soil-plant-atmosphere system, including the water availability to the crops, soil water infiltration, drainage and soil solute movement, depends on the knowledge of the relation between the soil water content and the matric potential, represented by the soil water retention curve (SWRC). However, the establishment of SWRCs is laborious and time consuming, besides being costly. A alternative is its estimate through statistical equations called Pedotransfer Functions (PTFs). The aim of this study was to evaluate the ability of some existing PTFs, in predicting the soil water retention and to capture its spatial variability structure, using geostatistical tools, when applied in a lowland soil of the south region of Brazil. For this, an experimental 10 x 10 m grid was established and soil disturbed and undisturbed samples were collected in the 0-0.20 m soil depth, totaling 100 experimental points. The following soil attributes were determined in each point: soil texture, soil organic carbon, pH, cation exchange capacity, soil bulk density, and the soil water retention curve. Eight developed PTFs for estimating gravimetric soil water content, eight for estimating volumetric water content and five for estimating the van Genuchten model parameters were evaluated using the statistical measures mean error (ME), and the root mean square error (RMSE). Results indicated that the Oliveira et al. (2002) PTF presented the best performance for estimating the gravimetric soil water content at the tension of 33kPa, with mean error (ME) value of 0.0136g.g-1, while for the gravimetric water content at tension of 1500kPa the Pidgeon (1972) FPT was the best, with ME value of -0,0054g.g-1. Concerning to the potential of describing the spatial variability structure the Bell & van Keulen (1995 and 1996) and of Urach (2007) PTFs presented the best performance based on the results from the cross validation technique. For estimating the soil water volumetric content at the tension of 10kPa the Tomasela et al. (2002) was the best (ME of 0.019cm3.cm-3), while Rawls et al. (1982) and van den Berg et al. (1997) PTFs were the best for estimating soil water content at the tension of 33kPa (ME of 0.001cm3.cm-3) and 1500kPa (ME of -0.008cm3.cm-3), respectively. The range and sill geostatistical parameters for the tension of 33kPa were reasonable estimated, while for the tension of 1500kPa they were underestimated by the evaluated PTFs. The Parametric Pedotransfer Function constructed by Vereecken et al.(1989) presented the lowest value of ME (0.0247cm3.cm-3), while the Hodnett and Tomasella (2002) PTF presented the lowest value of RMSE (0.0367 cm3.cm-3). Both PTFs well described the experimental semivariograms of the soil water content at the tensions of 10kPa and 33kPa, however their performance was not good for the tension of 1500kPa. / Estudos que envolvem a dinâmica da água no sistema solo-planta-atmosfera tais como disponibilidade de água no solo para as culturas, infiltração, drenagem e movimento de solutos no solo necessitam do conhecimento da relação entre o conteúdo de água no solo e o potencial matricial, representada pela curva de retenção de água no solo. No entanto, sua execução é laboriosa, demanda considerável tempo e custos. Uma alternativa é sua estimativa através de equações estatísticas denominadas Funções de Pedotransferência (FPTs). O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de funções de pedotransferência em estimar a retenção de água no solo e capturar a sua estrutura de variabilidade espacial, usando ferramentas geoestatísticas, quando aplicadas em um solo de várzea da região sul do Brasil. Para isto, uma malha experimental de 10m x 10m foi estabelecido e amostras deformadas e indeformadas do solo foram coletadas representativas da camada de 0 0,20m, totalizando 100 pontos amostrais. Os seguintes atributos do solo foram determinados em cada ponto: textura, carbono orgânico, pH, capacidade de troca de cátions, densidade do solo e a curva de retenção de água no solo. Oito FPTs desenvolvidas para estimar o conteúdo gravimétrico de água no solo, oito para estimar o conteúdo volumétrico e cinco para estimar os parâmetros do modelo de van Genuchten foram avaliadas, usando as medidas estatísticas erro médio (ME) e raiz quadrada do erro médio ao quadrado (RMSE). Os resultados obtidos para a estimativa do conteúdo de água gravimétrico mostram que a FPT de Oliveira et al. (2002) apresentou o melhor desempenho para a tensão de 33kPa, com erro médio (ME) de 0,0136g.g-1, enquanto para a tensão de 1500kPa a FPT de Pidgeon (1972) foi melhor, com ME de -0,0054g.g-1. Com relação ao potencial de descrever a estrutura de variabilidade espacial do conjunto de dados medidos, as FPTs desenvolvidas por Bell & van Keulen (1995 e 1996) e Urach (2007) foram as que apresentaram melhor desempenho baseado nos resultados da validação cruzada. Para o conteúdo volumétrico de água retida no solo, os melhores desempenhos foram obtidos pela FPT de Tomasela et al.(2003) para a tensão de 10kPa, Rawls et al. (1982) para 33kPa e van den Berg et al.(1997) para 1500kPa, com ME iguais a 0,019cm3.cm-3, 0,001cm3.cm-3 e -0,008cm3.cm-3, respectivamente. Os parâmetros da estrutura de dependência espacial, alcance e patamar, para a tensão de 33kPa foram razoavelmente estimados, enquanto para a tensão de 1500kPa foram subestimados pelas FPTs avaliadas. A FPT paramétrica desenvolvida por Vereecken et al. (1989) apresentou o menor valor de ME (0,0247cm3.cm-3), enquanto a FPT de Hodnett e Tomasella (2002) apresentou o menor valor de RMSE (0,0367 cm3.cm-3). Ambas FPTs descreveram bem os semivariogramas experimentais do conteúdo de água retido no solo a 10kPa e 33kPa, entretanto para a tensão de 1500kPa nenhuma das FPTs testadas apresentou bom desempenho.

Under hösten 2019 har Vattenfall Research & Development byggt en experimentell jordfyllningsdamm i Älvkarleby med dimensionerna 20x15x4 meter. Delar av experimentdammen är konventionellt konstruerade och har installerats med geoteknisk utrustning som utgörs av bland annat inklinometrar och portrycksgivare. Andra delar av experimentdammen har byggts in med defekter som ska representera åldersrelaterade skador eller utförandefel vid konstruktion. Experimentdammen ger möjlighet att under realistiska och kontrollerade förhållanden studera det mekaniska beteendet i samband med fyllning av vatten och vidare drift med hjälp av den geotekniska instrumenteringen samt med stöd av numerisk modellering. I detta examensarbete, som utgör en del av Luleå tekniska universitets forskningsprojekt mot experimentdammen, har experimentdammens beteende i form av deformationer och portryck studerats under uppfyllnad och drift fram till sommaren 2021. Detta har utförts genom simuleringar i det finita elementprogrammet PLAXIS 2D 2019 för en tvärsektion av experimentdammen i plant-deformationstillstånd. Mätpunkterna i modellen har baserats på faktisk placering av den geotekniska instrumenteringen. Den finita elementmodellen av experimentdammen har konstruerats och fyllts med vatten enligt dokumentation från fält. En flödes-deformationsanalys, med den konstitutiva modellen Hardening Soil och den hydrauliska modellen van Genuchten, har tillämpats för att modellera den simultana utvecklingen av portryck och deformationer under uppfyllnad. Materialparametervärden för den finita elementmodelleringen har erhållits från Vattenfall R&D, relevant litteratur och från fält- och laboratorieförsök. I fält har vattenvolymeterförsök utförts på tätkärnan och i laboratoriemiljö har modifierad proctorpackning, dränerade konventionella triaxialförsök, permeabilitetsförsök och övertryckskapillarimeterförsök utförts på tätkärnans material. Resultatet från övertryckskapillarimeterförsök har anpassats mot den hydrauliska modellen van Genuchten för att uppskatta en vattenbindningskurva som beskriver det icke-linjära förhållandet mellan jordens vatteninnehåll och porundertryck, det vill säga det omättade förhållandet. Vattenbindningskurvor för övriga materialzoner har uppskattats baserat på litteratur. Verktyget PLAXIS SoilTest har använts för att optimera materialparametervärden för tätkärnan mot resultat från utförda triaxialförsök. Materialparametrarna E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, och ϕ har optimerats fram till brott i triaxial belastning. En känslighetsanalys har utförts för reduktion av filterzonernas och stödfyllningens styvhetsmoduler och deras inverkan på horisontella deformationer i dammkroppen under uppfyllnad. Känslighetsanalysen indikerar att finfiltrets styvhetsmoduler har störst inverkan och grovfiltrets styvhetsmoduler har minst inverkan på de horisontella deformationerna. Studiens resultat visar att magnituden av horisontella och vertikala deformationer kommer vara som störst i den övre delen av dammkroppen och uppgår där till 3,5 respektive 4,0 mm. Dammkroppens huvudsakliga rörelse kommer vara i nedströms riktning och det observerades hur en kontaktzon mellan uppströms filterzon och tätkärnan utgör en gräns för riktning av deformationer. Faktiskt uppmätta rörelser i installerade inklinometrar kunde inte jämföras mot deformationer i den finita elementmodellen eftersom författarens tolkning indikerar på att botten av inklinometrarna har rört på sig, och mätpunkterna i botten av modellen är fixerade. Modellen visar hur en fördröjd utveckling av vattenmättnad sker genom tätkärnan, där uppströms sida av tätkärnan reagerar snabbare på förändringar i vattennivå jämfört med nedströms sida av tätkärnan som uppvisar en fördröjd respons. Vid en sänkning av vattennivån observerades hur tätkärnan håller kvar vatten ovan portryckslinjen medan de grövre materialen dränerar i takt med vattennivåns sänkning. Utvecklingen av de simulerade portrycken i modellen under uppfyllnad och drift överensstämmer bra med de uppmätta portrycken i experimentdammen, när portrycken är positiva. Det observeras hur den finita elementmodellen överskattar negativa portryck (porundertryck). Portrycken i modellen når ett stadigt tillstånd ungefär 115 dagar efter att fyllningen av vatten påbörjats. Den finita elementmodellen lyckas att återge det teoretiska beteendet av jordfyllningsdammar under fyllning i form av huvudsakliga riktningar av deformationer och utveckling av vattenmättnad i tätkärnan. Denna studie bidrar till en djupare förståelse för experimentdammens, och i allmänhet jordfyllningsdammars, mekaniska beteende under uppfyllnad. Resultaten från den finita elementmodellen kan ur ett dammsäkerhetsperspektiv användas för erhålla indikationer på utvecklingen av deformationer, portryck och vattenmättnadsgrad i jordfyllningsdammar under uppfyllnad, och även under en tillfällig sänkning av vattennivån under den första fyllningen. Studien ger också indikationer på vilka materialparametrar som är viktiga vid numerisk modellering av mekaniskt beteende i jordfyllningsdammar. / During the autumn of 2019, Vattenfall Research & Development constructed an experimental embankment dam in Älvkarleby with the dimensions 20x15x4 metres. Parts of the experimental dam are conventionally constructed and have been equipped with geotechnical instrumentation which consist of, among other things, inclinometers and pore pressure transducers. Other parts of the experimental dam have built in defects to represent age-related damages or execution errors during construction. The experimental embankment dam provides the opportunity to, under realistic and controlled conditions, study the mechanical behaviour during filling of water and operation by means of the geotechnical instrumentation and the use of numerical modelling. In this master’s thesis, which forms part of Luleå University of Technology’s research project towards the experimental dam, the behaviour of the experimental dam in terms of deformations and pore pressures have been studied during filling and operation until the summer of 2021. This has been performed by simulations in the finite element program PLAXIS 2D 2019 for a cross section of the experimental dam under plane-strain conditions. Measuring points in the model have been based on the actual location of the geotechnical instrumentation. The finite element model of the experimental dam has been constructed and filled according to documentation from field. A fully-coupled flow deformation analysis, with the constitutive model Hardening Soil and hydraulic model van Genuchten, has been utilised to model the simultaneous development of pore pressure and deformations during filling. Values of material parameters for the finite element modelling have been received from Vattenfall R&D, relevant literature and from field- and laboratory tests. In the field, balloon tests have been performed on the core material. In laboratory environment, modified proctor compaction tests, drained conventional triaxial tests, permeability tests and pressure plate tests have been performed on the core material. Results from the pressure plate tests have been adapted to the hydraulic model van Genuchten to estimate a soil-water characteristic curve in order to describe the non-linear relation between the water content and suction in the soil, i.e. unsaturated conditions. Soil-water characteristic curves for the other material zones have been estimated based on literature. The tool PLAXIS SoilTest has been used to optimise material parameter values of the core against the results from conducted triaxial tests. The material parameters E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, and ϕ have been optimised until failure in triaxial loading. A sensitivity analysis has been carried out, by reducing stiffness moduli of the filter zones and the shoulder material, to investigate the influence on horizontal deformations in the dam body during filling. The sensitivity analysis indicates that the stiffness moduli of the fine filter have the largest impact and the stiffness moduli of the coarse filter have the least impact on the horizontal deformations. The results of the study show that the magnitude of horizontal and vertical deformations will be largest in the upper part of the dam body and amounts to 3.5 and 4.0 mm, respectively. The main movement of the dam body will be in the downstream direction and it was observed how a contact zone between the upstream filter zone and the core forms a boundary for direction of deformations. Actual measured movements in the installed inclinometers could not be compared to deformations in the finite element model because the author’s interpretation indicates that the bottom of the inclinometers have moved, and the measuring points at the bottom of the model are fixed. The model shows how a delayed development of saturation occur through the core, where the upstream side of the core responds more quickly to changes in water level compared with the downstream side of the core which show a delayed response. At a lowering of the water level, it was observed how the core retains water above the phreatic line while the coarser materials drain as the water level decreases. Development of the simulated pore pressures in the model during filling and operation corresponds well with the measured pore pressures in the experimental dam, when the pore pressures are positive. It is observed how the finite element model overestimates negative pore pressures (suction). The pore pressures in the model reaches a steady state approximately 115 days after filling of water started. The finite element model succeeds in reproducing the theoretical behaviour of embankment dams during filling in terms of main directions of deformations and development of saturation in the core. This study contributes to a deeper understanding of the experimental dam, and in general mechanical behaviour of embankment dams during filling. The results from the finite element model can be used from a dam safety perspective to obtain indications on the development of deformations, pore pressures and degree of saturation in embankment dams during filling, and also for a temporary lowering of the water level during the first filling. The study also provides indications of which material parameters that are of importance in numerical modelling of mechanical behaviour in embankment dams.