Avec les récents développements des mesures de champs, il est devenu possible deréaliser des expériences sur un échantillon de sol en effectuant des mesures simultanémentaux différentes échelles pertinentes : celle de l'échantillon, et celle des grains, et ceci en3D volumique. Ces progrès ont permis une meilleure compréhension des processus qui seproduisent dans le sol, en les observant au cœur même des échantillons.Cette thèse vise à caractériser les comportements de rétention d'eau et hydro-mécaniquedu sable d'Hostun non saturé à l'échelle du grain. Pour ce faire, des essais de rétentiond'eau et des essais triaxiaux ont été effectués, qui ont nécessité le développement d'outils detraitement d'image et des montages expérimentaux spécifiques. L'installation de tomographie à rayons X du Laboratoire 3SR de l'Université des Grenoble a été utilisée pour générer des images en 3D de la microstructure du sol non saturé. Une technique de trinarization a été mise en œuvre pour permettre la séparation des phases (les grains, l'eau et l'air) dans les images 3D, et d'effectuer différentes mesures à l'échelle du grain. La porosité et le degré de saturation ont été mesurées macroscopiquement en utilisant les images segmentées, et microscopiquement en utilisant un code de cartographie spécialement développé. Les mesures microscopiques ont été réalisées sur un volume élémentaire représentatif (VER), dont la taille a été déterminée en utilisant une analyse développée sur la base d'outils statistiques. Plusieurs analyses discrets ont été développées pour étudier l'évolution de la phase fluide (l'eau et l'air) avec le chargement (succion, et chargement mécanique). La corrélation d'images numérique 3D volumique a été mise en œuvre systématiquement pour ces deux types d'essais.Pour analyser le comportement de rétention d'eau du sable d'Hostun pendant les processus de séchage et de mouillage, une cellule spécifique a été développée. La succion a été appliquée en utilisant la technique de tensiomètre. L'échantillon (cylindrique 1x1cm) a été préparé en utilisant la technique de la pluviation sous l'eau et scanné avec une résolution de 7,5micron. La courbe de rétention d'eau, surface et les domaines hydriques ont été obtenus et le phénomène d'hystérésis et la cohésion du sol ont été analysés à l'échelle du grain.Pour le comportement hydro-mécanique des sols non saturés, des essais triaxiaux ontété effectué sous trois conditions: saturé drainé, non saturé drainé et non saturé non drainé. Un appareil triaxial que l'on peut placer à l'intérieur de la cabine du tomographe à rayons X a été développé afin de permettre le suivi des changements dans la microstructure du sable et la distribution de l'eau lorsque l'on soumet l'échantillon à chargement mécanique. L'échantillon (cylindre de dimensions hxd=2x1cm) a été préparé en utilisant la technique de la pluviation sous l'eau (complétement saturé au début des trois tests), amené ensuite au niveau de saturation désiré (dans le cas des essais non saturés), puis chargé par étapes successives avec scan à chaque étape avec une résolution de 13micron, jusqu'à arriver à 21% de déformation axiale pour les trois types d'essai. Les courbes contrainte-déformation, la réponse volumétrique et les déformations ont été obtenus et le profil de déformation, l'hétérogénéité de l'échantillon, la cohésion et la distribution de l'eau ont été analysés. / With the recent developments of full field measurements, it has become possible to do experiments on a soil specimen, and perform measurements at different scales. This progress has allowed greater understanding for all the processes that occur within the soil, and also created better environment to observe these mechanisms in 3D. This PhD work aims to characterize water retention and hydro-mechanical behaviours of unsaturated Hostun sand at the grain scale. To achieve this goal, water retention and triaxial tests were performed and a set of experimental and image processing tools was developed and used for the two series of tests. X-ray computed tomography set up available at 3SR Laboratory in Grenoble University was used to generate 3D images of the unsaturated soil microstructure non-destructively. A developed region growing systematic technique (trinarization technique) was used to allow the separation of the phases (i.e., grains, water and air) in the 3D images, and performing different measurements at the grain scale. Porosity and degree of saturationwere measured macroscopically using the trinarized images and microscopically using a developed mapping code. The microscopic measurements were performed over an REV, whose size was determined using a developed analysis based on statistical tools. Several microscopic-discrete analyses were developed to investigate the evolution of fluid phase (water and air) with loading (suction and mechanical loading). Digital Image Correlation was performed for the two tests.To analyze water retention behaviour of Hostun sand during drying and wetting processes, a pressure plate apparatus was developed. Suction was applied using tensiometry technique. The specimen (cylindrical 1x1cm) was prepared using water pluviation technique and scanned with a resolution 7.5micron. As a result, water retention curve, surface and domains were obtained and hysteresis phenomenon and soil cohesion were analyzed at the grain scale.For the mechanical behaviour of unsaturated soils, triaxial test were performed at three conditions: saturated drained, unsaturated drained and unsaturated undrained. A triaxial apparatus that can be placed inside the x-ray cabinet was developed in order to facilitate monitoring the changes in sand microstructure and water distribution when subjecting the soil specimen to loading. The specimen (cylinder of hxd=2x1cm) was prepared using water pluviation technique (completely saturated at the beginning of the three tests), loaded then scanned with a resolution 13micron, repeatedly till reaching 21% axial strain forthe three tests.Consequently, stress-strain curves, volumetric response and deformations measurements were obtained and deformation pattern, specimen heterogeneity, cohesion and water distribution were analyzed.

Conduziu-se durante dois anos, em um Latossolo Vermelho Amarelo, em Piracicaba-SP (22o41’00" S; 47o39’00" O; 554 m de altitude), um experimento com a cultura da cana-de-açúcar. Foram utilizados 9 tratamentos com 4 repetições, implantados num delineamento em blocos ao acaso. Os tratamentos foram: tr1 - adubação mineral + calagem; tr2, tr3; tr4 e tr5 - doses de lodo de esgoto (respectivamente, 0; 33; 66 e 99 Mg ha-1, no primeiro ano, e 0; 37; 74 e 112 Mg ha-1, no segundo ano); tr6, tr7; tr8 e tr9 - doses de composto de lixo (respectivamente, 0; 20; 40 e 60 Mg ha-1, no primeiro ano, e 0; 24; 48 e 72 Mg ha-1, no segundo ano). Os resíduos foram aplicados manualmente na superfície do solo e incorporados com enxada rotativa, no primeiro ano em área total e no segundo apenas na entrelinha. Foram determinados, em cada parcela, os seguintes parâmetros do solo: composição granulométrica (amostras coletadas antes da implantação do experimento); o conteúdo de carbono orgânico (amostras coletadas em 15 datas durante os dois anos); conteúdo de argila dispersa em água, densidade e porosidade total (amostras coletadas ao final do primeiro e do segundo ano do ciclo da cultura); curva de retenção de água, condutividade hidráulica do solo saturado e condutividade hidráulica relativa (amostras coletadas ao final do primeiro ano do ciclo da cultura); e condutividade hidráulica do solo saturado e não saturado (determinada no campo ao final de dois anos do ciclo da cultura, utilizando o infiltrômetro de tensão). Os resultados obtidos mostraram que houve redução da densidade do solo e aumento da porosidade total com o aumento das doses dos resíduos, para a camada de 0 a 0,15 m de profundidade, no segundo ano de aplicação. Nas parcelas que receberam aplicações de ambos os resíduos, houve aumento da condutividade hidráulica do solo próximo à saturação e redução à medida que o solo se afasta da saturação, para a faixa de potencial mátrico estudada (0 a 1 kPa). O decaimento da condutividade hidráulica relativa, a partir da saturação, foi inicialmente mais acentuado nas parcelas que receberam aplicações de ambos os resíduos, quando comparadas às que não receberam resíduos. Verificou-se também, através de análises de regressão múltipla, que diferenças na retenção de água e no conteúdo de argila dispersa em água, que pela análise de variância convencional seriam atribuídas exclusivamente aos tratamentos, de fato eram parcial ou totalmente devidas a variações não casuais na composição granulométrica do solo. Pelos resultados pôde-se concluir que a aplicação de resíduos urbanos ao solo leva a modificações de propriedades como a densidade e porosidade total do solo, a condutividade hidráulica do solo saturado e a condutividade hidráulica do solo não saturado. Pôde-se concluir também que a casualização dos tratamentos na área experimental não garante a ausência de covariação entre os tratamentos e outras variáveis independentes, as quais podem interferir nas propriedades de interesse (variáveis dependentes) e, conseqüentemente, na eficiência da análise de variância feita de maneira convencional, sendo recomendado a realização de um "ensaio em branco" para verificar a eficiência desta casualização. / An experiment was carried out during two years on a Red Yellow Latosol cropped with sugar-cane, located in the country of Piracicaba-SP (22o41’00" S; 47o39’00" W; 554 m high). Nine treatments with 4 replications were used in a random-block experimental design. The treatments were: tr1 - mineral fertilization + CaCO3; tr2, tr3; tr4 and tr5 - levels of sewage sludge (respectively, 0; 33; 66 and 99 Mg ha-1, in the first year, and 0; 37; 74 and 112 Mg ha-1, in the second year); tr6, tr7; tr8 and tr9 - levels of composed of garbage (respectively, 0; 20; 40 and 60 Mg ha-1, in the first year, and 0; 24; 48 and 72 Mg ha-1, in the second year). The residues were manually applied on the soil surface and incorporated with a rotative plough. In the first year, the incorporation was done on the total area; in the second year only in inter-rows. The following soil parameters were determinated in each plot: particle size distribution (samples collected before the installation of the experiment); organic carbon content (15 samplings along the two years); natural clay content, soil bulk density and total soil porosity (sampling at the end of the first and second years of the growing cycle); water retention curves, saturated hydraulic conductivity and relative unsaturated hydraulic conductivity (samples collected at the end of the first year of the growing cycle); and saturated and unsaturated hydraulic conductivity (determined in situ at the end of the first and second years of the growing cycle, using tension infiltrometer). Results show a decrease the soil bulk density and increase of total porosity as the levels of residue application increased, for the 0 to 0.15 m soil layer, in the second year of application. On the plots that received applications of both residues, there was increase of the hydraulic conductivity near the soil saturation and decrease for the 0 to 1 kPa matric potential range. The decline of the relative hydraulic conductivity starting from the saturation, was initially more accentuated in the plots that received applications of both residues as compared with the ones that did not. It was also verified, through analyses of multiple regression, that differences in the water retention and in the natural clay content, that they would be attributed exclusively to the treatments by the conventional variance analysis, they were partially or totally owed to non casual variations in the particle size distribution of the soil. It could be concluded that the soil application of urban residues causes modifications of soil physical properties as saturated and unsaturated soil hydraulic conductivity. It could also be concluded that the randomization of the treatments in the experimental area does not guarantee the covariance absence between the treatments and other independent variables, which can interfere in the properties of interest (dependent variables) and, consequently, in the efficiency of the variance analysis done in a conventional way.

O desenvolvimento econômico e o aumento da produtividade agrícola intensificaram o uso de produtos químicos nas lavouras. Quando se pretende quantificar o impacto ambiental de tal uso é necessário empregar modelos que descrevam o fluxo de água e solutos na região não saturada do solo. Para esse fim, um dos parâmetros mais eficazes é conhecer a retenção de água no solo. O objetivo deste trabalho foi desenvolver funções de pedotransferência (FPTs) que estimassem a partir de análise em redes neurais artificiais (RNAs) a retenção de água nos solos da microbacia hidrográfica do ribeirão Canchim, município de São Carlos, SP. Os atributos físicos, textura (argila, silte e areia), densidade e resistência à penetração dos solos: LVAd, LVe, LVdf e NVef, manejados com e sem cobertura vegetal e sob mata foram determinados com equipamentos não convencionais na Embrapa Instrumentação Agropecuária em São Carlos, SP. Esses parâmetros foram utilizados como variáveis de entrada nas duas redes neurais artificiais. Foram obtidas, ainda, as curvas de retenção de água no solo por meio da câmara de pressão de Richards e da tomografia computadorizada, além da porosidade total e da condutividade hidráulica não saturada. O analisador granulométrico de solos e o penetrômetro associado a TDR possibilitaram a obtenção de um grande número de dados. Os atributos físicos dos solos apresentaram grande variabilidade em função da constituição granulométrica e manejos adotados. As RNAs foram eficientes no desenvolvimento de FPTs capazes de estimar a retenção de água com base em propriedades básicas de solo obtidas em grande número. / Economic development and increasing agricultural productivity have intensified the use of chemical products in farming. The quantification environmental impact of these products requires the use of models that describe the flow of water and solutes in the unsaturated region of the soil. For this purpose, one of the most effective parameters belong to the water retention curve of the soil. The purpose of this work was to develop pedotransfer functions (PTFs) to estimate the retention of water by soils of the hydrographic microbasin of the Canchim river, in the municipality of São Carlos, state of São Paulo, Brazil, based on artificial neural networks (ANNs). The physical attributes, granulometry (clay, silt and sand), density and resistance to penetration of LVAd, LVe, LVdf and NVef soils, managed with and without vegetal cover and under forest, were determined using nonconventional equipment at Embrapa Instrumentação Agropecuária in São Carlos, SP. These parameters were used as input variables for two artificial neural networks. The soils\' water retention curves were also obtained using a Richards pressure chamber and computed tomography, as well as their total porosity and unsaturated hydraulic conductivity. A soil granulometric analyzer and a penetrometer allied to TDR provided a large number of data. The soils\' physical attributes displayed a wide variability as a function of their granulometric constitution and adopted managements. The ANNs were effective in developing PTFs able to estimate the water retention based on the large number of basic soil properties.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:30:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre Carlos Auler.pdf: 1218277 bytes, checksum: aedcd75095720ba4b41e7ad48e647731 (MD5) Previous issue date: 2014-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Liming is the practice used to correct soil acidity and its reaction is dependent on the mode of application of the lime. The addition of lime to the soil with the tilling is an alternative for increasing his reaction. However, tillage alters its structure and processes occurring in it. The aim of this study was to evaluate the influence of liming of liming in three modes of application of limestone (on the surface, incorporated with plowing and harrowing and subsoiling and disking) on the physico-hydrical attributes of a Dystrudept. For this, an experiment was installed in the field with banded design, with treatments in a factorial arrangement (3 × 2). Treatments formed from the combination of two rates of lime (0 and 15 Mg ha-1) and three modes of application of limestone (on the surface, incorporate with plowing and harrowing and subsoiling and harrowing). Undisturbed and disturbed soil samples were collected at 0-0.10 and 0.10-0.20 m layers between plant rows of corn 18 months after installation of the experiment. The water-dispersed clay (WDC), flocculation degree (FD), bulk density (BD), total porosity (TP), water retention curves, pore size distribution curve, particle size and soil chemical properties were determined order to diagnose the effects of liming the soil studied. Liming effects on the physico-hydrical attributes of the soil were restricted to 0-0.10 m layer. The WDC and the FD were influenced by tillage, but not by liming. When liming was performed on the surface, there was a reduction of the DB and increased TP. In all modes of application of limestone, liming increased water retention and altered the distribution of pores. To conclude, the changes in physico-hydrical attributes of the soil were mostly due to the increase of pH and replacement of aluminum by calcium and magnesium in the exchange complex. / A calagem é a prática empregada na correção da acidez do solo e sua reação depende do modo de aplicação do corretivo. A incorporação de calcário com o revolvimento do solo é uma alternativa para o aumento da reação. Porém, a mobilização do solo altera a sua estrutura e os processos que nela ocorrem. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da calagem em três modos de aplicação do calcário (na superfície, incorporada com aração e gradagem e com subsolagem e gradagem) nos atributos físico-hídricos de um CAMBISSOLO HÁPLICO Alumínico. Para isso, instalou-se um experimento em campo com delineamento em faixas, com tratamentos em arranjo fatorial (3 × 2). Os tratamentos constituíam-se da combinação de duas doses de calcário (0 e 15 Mg ha-1) e três modos de aplicação do calcário (na superfície, incorporado com aração e gradagem e subsolagem e gradagem). Amostras indeformadas e deformadas de solo nas camadas 0-0,10 e 0,10-0,20 m foram coletadas nas entrelinhas da cultura do milho 18 meses após a instalação do experimento. Foram avaliados os teores de argila dispersa em água (ADA), grau de floculação (GF), densidade do solo (Ds), porosidade total (Pt), curvas de retenção de água, curva de distribuição de poros, granulometria e atributos químicos do solo. Os efeitos da calagem sobre os atributos físico-hídricos do solo foram restritos à camada 0-0,10 m. A ADA e o GF foram influenciados pelo modo de aplicação do calcário, mas não pela calagem. Quando a calagem foi realizada na superfície, ocorreu redução da DS e aumento da Pt. Em todos os modos de aplicação do calcário, a calagem aumentou a retenção de água e alterou a distribuição de poros. Concluiu-se que as alterações nos atributos físico-hídricos do solo foram em sua maioria decorrentes do aumento do pH e da substituição do alumínio por cálcio e magnésio no complexo de troca.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-06-13T14:19:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Andre Carlos Auler.pdf: 3700376 bytes, checksum: c1ec033a97820b9055b6c86fad79d308 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-13T14:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Andre Carlos Auler.pdf: 3700376 bytes, checksum: c1ec033a97820b9055b6c86fad79d308 (MD5) Previous issue date: 2018-04-25 / A acidez do solo é um importante fator que restringe a produção agrícola no mundo. Solos ácidos apresentam baixos valores de pH, elevados teores de alumínio trocável (Al3+) e baixa disponibilidade de cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+) e potássio (K+) trocáveis. Para corrigir os problemas causados pela acidez do solo, diversos materiais podem ser utilizados, com destaque para os carbonatos e os silicatos de Ca e Mg. Tais produtos apresentam distinções quanto a sua composição química e características físicas, o que repercute sobre sua reatividade no solo. Contudo, com o advento do plantio direto (SPD), os corretivos da acidez são aplicados sobre a superfície do solo, o que restringe a correção da acidez em subsuperfície. Neste contexto, o gesso agrícola é aplicado em associação aos corretivos da acidez. Embora o gesso agrícola não atue sobre a acidez ativa do solo, em subsuperfície ele atua reduzindo os teores de Al3+ e elevando os teores de Ca2+, o que melhora o ambiente radicular. O manejo químico do solo, por meio da aplicação de corretivos da acidez e de gesso agrícola pode alterar a estrutura do solo e os processos termodinâmicos que nela ocorrem. Neste contexto, o objetivo geral deste estudo foi avaliar os efeitos de corretivos de acidez do solo [calcário de rocha moída (CRM), escória de siderurgia (ES) e calcário calcinado (CC)], associados ou não ao gesso agrícola, sobre os atributos físicos e químicos do solo e a produtividade de culturas no SPD. Para isso, instalou-se um experimento em um LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Distrófico de textura argilo-arenosa, em Ponta Grossa-PR. Os tratamentos foram os três corretivos da acidez do solo CRM (3,8 Mg ha-1), ES (4,2 Mg ha-1) e CC (2,7 Mg ha-1) mais um tratamento controle (sem correção da acidez), associados ou não ao gesso agrícola (2,4 Mg ha-1). As doses dos corretivos foram calculadas para elevar a saturação por bases da camada 0-0,20 m a 70 %, com base em seus equivalentes carbonatos. A dose de gesso agrícola foi calculada com base no teor de argila do solo. Os corretivos e o gesso agrícola foram aplicados sobre a superfície do solo, em agosto de 2015. A rotação de culturas utilizada foi milho (2015/16) – trigo (2016) – soja (2016/17) - aveia preta (2017) – feijão (2017/18). Após a colheita do milho e do trigo, respectivamente aos 7 e aos 15 meses após a aplicação dos tratamentos, foram coletadas amostras indeformadas e deformadas de solo. Foram coletadas amostras indeformadas de solo em (i) monólitos, nas camadas 0-0,05; 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m, para avaliação da agregação e da estabilidade de agregados; e em (ii) anéis volumétricos, nas camadas 0-0,05; 0,05-0,10; 0,10-0,20; 0,20-0,40 e 0,40-0,60 m, para avaliação da densidade do solo (Ds), porosidade total (Pt), macroporosidade (Ma), microporosidade (Mi) e retenção de água no solo. As amostras deformadas foram coletadas nas mesmas camadas de coleta dos anéis volumétricos, para determinação dos componentes da acidez do solo (pH, H+Al e Al3+), cátions básicos trocáveis (Ca2+, Mg2+ e K+) e teores de carbono lábil (COXP) e total (CO). A produtividade das culturas foi avaliada e utilizada para se determinar a eficiência agronômica dos corretivos e do gesso agrícola. Tanto aos 7 quanto aos 15 meses após aplicação dos tratamentos, os teores dos cátions básicos foram mais afetados que os componentes da acidez. Via de regra, a aplicação de gesso agrícola promoveu intensa lixiviação de Mg2+ e K+ nas camadas mais superficiais do solo, o que resultou no aumento da concentração dos nutrientes em profundidade. Referindo-se aos componentes da acidez, o Al3+ foi o componente mais alterado pela aplicação dos tratamentos, principalmente aos 15 meses após aplicação. Um resultado a ser destacado é que a ES com gesso aumentou os 9 teores de Al3+ em profundidade. Os teores de COXP e CO não foram afetados pelos tratamentos. As alterações nos atributos químicos do solo repercutiram sobre os atributos físicos. O diâmetro médio ponderado dos agregados e as proporções de macroagregados grandes foram mais influenciadas aos 15 meses após aplicação, em relação aos 7 meses, demonstrando a importância do tempo de reação dos materiais no solo sobre sua agregação. A Ds, a Pt e a Ma foram alteradas pelos tratamentos na camada de 0,40–0,60 m, diferentemente da Mi, que foi afetada nas camadas mais superficiais do solo (0–0,20 m). A retenção de água no solo foi sensível as alterações na estrutura do solo, principalmente quando os corretivos foram aplicados associados ao gesso agrícola. Deste modo, pode-se concluir que a dinâmica dos íons no solo pela correção da acidez e aplicação e gesso agrícola influencia os atributos físicos do solo, tanto em superfície como em profundidade. O aumento nos teores de Ca2+ e Mg2+ e a redução do Al3+ melhora a estrutura do solo, reduzindo sua Ds e aumentando sua Pt; e, a substituição de Al3+ por Mg2+ no complexo de troca do solo, decorrentes da aplicação da ES e do gesso agrícola influencia a retenção de água no solo. Sendo que a maior concentração do Mg2+ favorece a retenção. Os efeitos da correção da acidez do solo, independentemente do corretivo, e do gesso agrícola sobre a produtividade das culturas ocorre de maneira independente. Também, as culturas respondem de maneira distinta a correção da acidez e a gessagem. Todavia, o calcário calcinado foi o corretivo com maior eficiência agronômica, tanto quando aplicado isoladamente como quando associado ao gesso agrícola. / Soil acidity is an important factor that restricts agricultural production in the world. Acid soils have low pH values, high exchangeable aluminum (Al3 +) content and low availability of exchangeable calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+) and potassium (K+). To correct the problems caused by the soil acidity, several materials can be used, with emphasis on carbonates and silicates of Ca and Mg. These products present distinctions as to their chemical composition and physical characteristics, which has repercussions on their reactivity on the soil. However, with the advent of no-till (NT), acidity correctives are applied to the soil surface, which restricts the correction of acidity in subsurface. In this context, the phosphogypsum is applied in association with acidity correctives. Although the phosphogypsum does not act on the active acidity of the soil, in subsurface it acts reducing the Al3+ contents and increasing the Ca2+ contents, which improves the root environment. The chemical management of the soil, through the application of correctives of acidity and of agricultural gypsum can alter the soil structure and the thermodynamic processes that occur in it. In this context, the general aim of this study was to evaluate the effects of soil acidity correctives [ground rock limestone (GRL), steel slag (SS) and calcined limestone (CL)], associated or not with soil physical and chemical attributes and crop productivity in NT. For this purpose, an experiment was carried out on a sandy-clay Typic Hapludox, at Ponta Grossa-PR. The treatments were the three soil acid correctives: GRL (3.8 Mg ha-1), SS (4.2 Mg ha-1) and CL (2.7 Mg ha-1), plus one control treatments (without acidity correction), associated or not with phosphogypsum (2.4 Mg ha-1). The corrective doses were calculated to raise the base saturation of the 0-0.20 m layer to 70%, based on their carbonate equivalents. The dose of phosphogypsum was calculated based on the soil clay content. Correctives and phosphogypsum were applied to the soil surface in August 2015. The crop rotation was corn (2015/16) – wheat (2016) – soybean (2016/17) – black oat (2017) – beans (2017/18). After the corn and wheat were harvested, at 7 and 15 months after the treatments, undisturbed and disturbed soil samples were collected. Undisturbed soil samples were collected in (i) monoliths, in the 0–0.05; 0.05–0.10 and 0.10–0.20 m layers, for evaluation of aggregation and aggregates stability; and in (ii) volumetric rings, in the 0–0.05; 0.05–0.10; 0.10–0.20; 0.20–0.40 and 0.40–0.60 m layers, to evaluate the soil bulk density (BD), total porosity (TP), macroporosity (Ma), microporosity (Mi) and soil water retention. The deformed samples were collected in the same collection layers of the volumetric rings to determine the soil acidity components (pH, H+Al and Al3+), exchangeable basic cations (Ca2+, Mg2+ and K+) and labile (POxOC) and total (OC) carbon contents. The yield crops was evaluated and used to determine the agronomic efficiency of the correctives and the phosphogypsum. Both at 7 and 15 months after application of treatments, the basic cations contents were more affected than the acidity components. As a rule, the application of phosphogypsum promoted intense Mg2+ and K+ leaching in the more superficial layers of the soil, which resulted in increased concentration of nutrients in depth. Referring to the components of acidity, Al3+ was the most altered component by the application of treatments, especially at 15 months after application. One result to be highlighted is that SS with phosphogypsum increased Al3+ contents in depth. The POcOC and OC contents were not affected by the treatments. The changes in the soil chemical attributes had repercussions on the physical attributes. The weight mean diameter of the aggregates and the proportions of large macroaggregates were more influenced at 15 months 11 after application, in relation to the 7 months, demonstrating the importance of the reaction time of the materials in the soil on their aggregation. BD, TP and Ma were altered by treatments in the layer of 0.40–0.60 m, while Mi was affected in the most superficial layers of the soil (0–0.20 m). The soil water retention was sensitive to changes in soil structure, especially when the correctives were applied associated with the phosphogypsum. In this way, it can be concluded that soil ion dynamics by the acidity correction and phosphogypsum application influences the physical attributes of the soil, both in surface and in depth. The increase in the Ca2+ and Mg2+ contents and the Al3+ reduction improve the soil structure, reducing its BD and increasing its TP; and, the substitution of Al3+ for Mg2+ in the soil exchange complex, due to the application of SS and phosphogypsum influences soil water retention. The higher concentration of Mg2+ favors retention. The effects of correcting soil acidity, regardless of the corrective, and the phosphogypsum on crop yield, occur independently. Also, crops respond differently to acidity correction and phosphogypsum application. However, the calcined limestone was the corrective with higher agronomic efficiency, both when applied alone and when associated with agricultural gypsum.

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.

Conduziu-se durante dois anos, em um Latossolo Vermelho Amarelo, em Piracicaba-SP (22o41’00" S; 47o39’00" O; 554 m de altitude), um experimento com a cultura da cana-de-açúcar. Foram utilizados 9 tratamentos com 4 repetições, implantados num delineamento em blocos ao acaso. Os tratamentos foram: tr1 - adubação mineral + calagem; tr2, tr3; tr4 e tr5 - doses de lodo de esgoto (respectivamente, 0; 33; 66 e 99 Mg ha-1, no primeiro ano, e 0; 37; 74 e 112 Mg ha-1, no segundo ano); tr6, tr7; tr8 e tr9 - doses de composto de lixo (respectivamente, 0; 20; 40 e 60 Mg ha-1, no primeiro ano, e 0; 24; 48 e 72 Mg ha-1, no segundo ano). Os resíduos foram aplicados manualmente na superfície do solo e incorporados com enxada rotativa, no primeiro ano em área total e no segundo apenas na entrelinha. Foram determinados, em cada parcela, os seguintes parâmetros do solo: composição granulométrica (amostras coletadas antes da implantação do experimento); o conteúdo de carbono orgânico (amostras coletadas em 15 datas durante os dois anos); conteúdo de argila dispersa em água, densidade e porosidade total (amostras coletadas ao final do primeiro e do segundo ano do ciclo da cultura); curva de retenção de água, condutividade hidráulica do solo saturado e condutividade hidráulica relativa (amostras coletadas ao final do primeiro ano do ciclo da cultura); e condutividade hidráulica do solo saturado e não saturado (determinada no campo ao final de dois anos do ciclo da cultura, utilizando o infiltrômetro de tensão). Os resultados obtidos mostraram que houve redução da densidade do solo e aumento da porosidade total com o aumento das doses dos resíduos, para a camada de 0 a 0,15 m de profundidade, no segundo ano de aplicação. Nas parcelas que receberam aplicações de ambos os resíduos, houve aumento da condutividade hidráulica do solo próximo à saturação e redução à medida que o solo se afasta da saturação, para a faixa de potencial mátrico estudada (0 a 1 kPa). O decaimento da condutividade hidráulica relativa, a partir da saturação, foi inicialmente mais acentuado nas parcelas que receberam aplicações de ambos os resíduos, quando comparadas às que não receberam resíduos. Verificou-se também, através de análises de regressão múltipla, que diferenças na retenção de água e no conteúdo de argila dispersa em água, que pela análise de variância convencional seriam atribuídas exclusivamente aos tratamentos, de fato eram parcial ou totalmente devidas a variações não casuais na composição granulométrica do solo. Pelos resultados pôde-se concluir que a aplicação de resíduos urbanos ao solo leva a modificações de propriedades como a densidade e porosidade total do solo, a condutividade hidráulica do solo saturado e a condutividade hidráulica do solo não saturado. Pôde-se concluir também que a casualização dos tratamentos na área experimental não garante a ausência de covariação entre os tratamentos e outras variáveis independentes, as quais podem interferir nas propriedades de interesse (variáveis dependentes) e, conseqüentemente, na eficiência da análise de variância feita de maneira convencional, sendo recomendado a realização de um "ensaio em branco" para verificar a eficiência desta casualização. / An experiment was carried out during two years on a Red Yellow Latosol cropped with sugar-cane, located in the country of Piracicaba-SP (22o41’00" S; 47o39’00" W; 554 m high). Nine treatments with 4 replications were used in a random-block experimental design. The treatments were: tr1 – mineral fertilization + CaCO3; tr2, tr3; tr4 and tr5 - levels of sewage sludge (respectively, 0; 33; 66 and 99 Mg ha-1, in the first year, and 0; 37; 74 and 112 Mg ha-1, in the second year); tr6, tr7; tr8 and tr9 - levels of composed of garbage (respectively, 0; 20; 40 and 60 Mg ha-1, in the first year, and 0; 24; 48 and 72 Mg ha-1, in the second year). The residues were manually applied on the soil surface and incorporated with a rotative plough. In the first year, the incorporation was done on the total area; in the second year only in inter-rows. The following soil parameters were determinated in each plot: particle size distribution (samples collected before the installation of the experiment); organic carbon content (15 samplings along the two years); natural clay content, soil bulk density and total soil porosity (sampling at the end of the first and second years of the growing cycle); water retention curves, saturated hydraulic conductivity and relative unsaturated hydraulic conductivity (samples collected at the end of the first year of the growing cycle); and saturated and unsaturated hydraulic conductivity (determined in situ at the end of the first and second years of the growing cycle, using tension infiltrometer). Results show a decrease the soil bulk density and increase of total porosity as the levels of residue application increased, for the 0 to 0.15 m soil layer, in the second year of application. On the plots that received applications of both residues, there was increase of the hydraulic conductivity near the soil saturation and decrease for the 0 to 1 kPa matric potential range. The decline of the relative hydraulic conductivity starting from the saturation, was initially more accentuated in the plots that received applications of both residues as compared with the ones that did not. It was also verified, through analyses of multiple regression, that differences in the water retention and in the natural clay content, that they would be attributed exclusively to the treatments by the conventional variance analysis, they were partially or totally owed to non casual variations in the particle size distribution of the soil. It could be concluded that the soil application of urban residues causes modifications of soil physical properties as saturated and unsaturated soil hydraulic conductivity. It could also be concluded that the randomization of the treatments in the experimental area does not guarantee the covariance absence between the treatments and other independent variables, which can interfere in the properties of interest (dependent variables) and, consequently, in the efficiency of the variance analysis done in a conventional way.

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.

Gelfill (GF) is made of tailings, water, binder and chemical additives (Fillset, sodium silicate gel). The components of GF are combined and mixed on the surface and transported (by gravity and/or pumping) to the underground mine workings, where the GF can be used for both underground mine support and tailings storage. Thermal (T), hydraulic (H), and mechanical (M) properties are important performance criteria of GF. The understanding of these engineering properties and their evolution with time are still limited due to the fact that GF is a new cemented backfill material. In this thesis, the evolution of the thermal, hydraulic, mechanical, and microstructural properties of small GF samples are determined. Various binder contents of Portland cement type I (PCI) are used. The GF is cured for 3, 7, 28, 90, and 120 days. It is found that the thermal, hydraulic and mechanical properties are time-dependent or affected by the degree of binder hydration index. Furthermore, a relationship is found between the compressive strength and the saturated hydraulic conductivity of the GF samples. The unsaturated hydraulic properties of GF samples have also been investigated. The outcomes show that unsaturated hydraulic conductivity is influenced by the degree of binder hydration index and binder content, especially at low suction ranges. Simple functions are proposed to predict the evolution of air-entry values (AEVs), residual water content, and fitting parameters from the van Genuchten model with the degree of hydration index (α). Furthermore, two columns are built to simulate the coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behaviour of GF under drained and undrained conditions. The obtained results from the GF columns are compared with the small samples. It is observed that the mechanical properties, hydraulic properties (suction and water content), and temperature development are strongly coupled. The magnitude of these THM coupling factors is affected by the size of the GF. The findings also show that the mechanical, hydraulic and thermal properties of the GF columns are different from samples cured in plastic moulds.

Gelfill (GF) is made of tailings, water, binder and chemical additives (Fillset, sodium silicate gel). The components of GF are combined and mixed on the surface and transported (by gravity and/or pumping) to the underground mine workings, where the GF can be used for both underground mine support and tailings storage. Thermal (T), hydraulic (H), and mechanical (M) properties are important performance criteria of GF. The understanding of these engineering properties and their evolution with time are still limited due to the fact that GF is a new cemented backfill material. In this thesis, the evolution of the thermal, hydraulic, mechanical, and microstructural properties of small GF samples are determined. Various binder contents of Portland cement type I (PCI) are used. The GF is cured for 3, 7, 28, 90, and 120 days. It is found that the thermal, hydraulic and mechanical properties are time-dependent or affected by the degree of binder hydration index. Furthermore, a relationship is found between the compressive strength and the saturated hydraulic conductivity of the GF samples. The unsaturated hydraulic properties of GF samples have also been investigated. The outcomes show that unsaturated hydraulic conductivity is influenced by the degree of binder hydration index and binder content, especially at low suction ranges. Simple functions are proposed to predict the evolution of air-entry values (AEVs), residual water content, and fitting parameters from the van Genuchten model with the degree of hydration index (α). Furthermore, two columns are built to simulate the coupled thermo-hydro-mechanical (THM) behaviour of GF under drained and undrained conditions. The obtained results from the GF columns are compared with the small samples. It is observed that the mechanical properties, hydraulic properties (suction and water content), and temperature development are strongly coupled. The magnitude of these THM coupling factors is affected by the size of the GF. The findings also show that the mechanical, hydraulic and thermal properties of the GF columns are different from samples cured in plastic moulds.