Orientador: Daniel Marcos Bonotto / Banca: Leila Soares Marques / Banca: Jefferson Mortatti / Banca: Maria Margarita Torres Moreno / Banca: Antonio José Ranalli Nardy / Resumo: A determinação das taxas de intemperismo é importante em geoquímica de superfície, pois, fornece conhecimentos úteis para um melhor entendimento das condições de uso e evolução dos solos, entre outros aspectos. Neste trabalho foram utilizados o sódio (Na+), potássio (K+), cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+) e sílica (SiO2) para avaliar a taxa de intemperismo químico das rochas sedimentares e ígneas das Formações Itaqueri e Serra Geral na bacia do Rio Jaú, Estado de São Paulo. As análises químicas e mineralógicas demonstram que ocorrem alterações químicas moderadas nos minerais primários (feldspato potássico, anortoclásio, augita, albita e anortita), com a geração de minerais secundários (caulinita, haloisita, saponita e esmectita). Sódio, potássio, cálcio, magnésio e sílica são os primeiros elementos a serem mobilizados devido ao estágio de intemperismo e alteração dos minerais primários. A solubilidade do quartzo é menor do que a de outros minerais, acarretando na geração de argilo minerais e nos processos de monossialitização, bissilialitização e quartzo residual nos solos da bacia. Ao se utilizar os principais cátions, cálcio, magnésio, sódio e potássio, com o propósito de investigar a taxa de intemperismo químico, foi possível identificar alguns problemas, provavelmente relacionados com as contribuições antropogênicas ou geogênicas que ocorrem neste sistema natural (alta mobilidade, colóides, atividades agrícolas, urbanas e industriais). Como a solubilidade do quartzo (SiO2) é menor do que a de outros minerais, a taxa de intemperismo químico da rocha será menor levando em conta a sua lixiviação durante o intemperismo das rochas para o saprolito. Isto significa que se o quartzo não é dissolvido, toda a sílica... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The weathering rate evaluation is important on surface geochemistry, providing useful information for a better understanding of the conditions of soil evolution, among other aspects. This work used sodium (Na+), potassium (K+), calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+) and silica (SiO2) to evaluate the chemical weathering rate of sedimentary and igneous rocks from Itaqueri and Serra Geral Formations at the Jaú River basin, São Paulo State. The chemical and mineralogical analysis showed that moderate chemical changes occur in primary minerals (K-feldspar, anorthoclase, augite, albite and anortite), with the generation of secondary minerals (kaolinite, halloysite, saponite and smectite). Sodium, potassium, calcium, magnesium and silica are the first elements to be mobilized due to the weathering stage and alteration of primary minerals. The quartz solubility is lower than that of other minerals, resulting in clay minerals generation and into process of monossialitization, bissialitization and residual quartz in the soils of the basin. By using the major cations, calcium, magnesium, sodium and potassium, with the purpose of investigating the chemical weathering rate, some problems were identified, probably related to anthropogenic or geogenic contributions that occur in this natural system (high mobility, colloids, agricultural, urban and industrial activities). Since the solubility of quartz (SiO2) is lower than that of other minerals, the chemical weathering rate of the rock will be lower considering the leaching during the weathering of rocks to saprolite. This means that if the quartz is not dissolved, all silica will be derived from silicate minerals hydrolysis, and the increase of these minerals modification also increases the weathering rate. Hence, the chemical weathering rate using silica (SiO2) corresponded to... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O regolito é o manto do intemperismo existente sobre as rochas. Este manto pode ser constituído estruturalmente por três entidades distintas denominadas, solo, sedimento e saprolito. Ambas são produtos da intemperização das rochas. No entanto, o saprolito é definido como o único produto não transportado da intemperização isovolumétrica do litotipo originário. Diferente dos solos, dos sedimentos ou das rochas, não existe uma ciência específica para o estudo dos saprolitos. A saprolitologia não existe oficialmente, porém, pode ser implicitamente encontrada em trabalhos científicos de todo o mundo. No primeiro capítulo da tese, apresenta-se o estado da arte dos estudos dos saprolitos e sugere-se a consolidação da saprolitologia com o intuito de incentivar o incremento das pesquisas voltadas a esta entidade ainda pouco conhecida. De fato, os processos relacionados à intemperização isovolumétrica das rochas ainda não foram completamente compreendidos. Neste contexto, o Estado de Pernambuco, no nordeste do Brasil, apresenta condições geomorfológicas e climáticas propícias ao estudo da formação de saprolitos. No segundo capítulo da tese, demonstra-se que o intemperismo isovolumétrico de treze rochas cristalinas foi mais influenciado pelas condições microambientais, a exemplo da dinâmica da água através da microestrutura, do que pelas condições macroambientais. Posteriormente ao intemperismo isovolumétrico, diferenças morfológicas e geoquímicas ocorrem durante a evolução vertical do regolito. Entretanto, os domínios da saprolitogênese e da pedogênese são difíceis de diferenciar. No terceiro capítulo da tese, avaliou-se a evolução morfológica, estrutural e geoquímica de treze perfis formados por sistemas solo-saprolitos derivados do embasamento cristalino do Estado de Pernambuco. Anomalias nos índices de mensuração do intemperismo demonstram que o aumento gradual do grau de intemperização dos horizontes mais superficiais em relação aos horizontes inferiores não é a regra durante a evolução vertical do regolito. Em adição, a geoquímica e a morfologia dos perfis estudados indicam que alguns sistemas solo-saprolitos desenvolveram-se de forma interligada e outros apresentam evidências de que a formação do saprolito pode ter ocorrido após a formação do solo sobrejacente. Durante a evolução do regolito, o solo e o saprolito influenciam processos essenciais ao meio ambiente. No quarto capítulo da tese, descrevem-se as implicações agrícolas e ambientais dos treze perfis descritos no terceiro capítulo. Os resultados sugerem que os processos geoquímicos existentes nos sistemas solo-saprolitos, a exemplo da \"mineral carbonation\", influenciam o fluxo de elementos através do ecossistema circundante e demonstram que os saprolitos possuem importância agrícola e ambiental análoga à dos solos, influenciando processos de relevância agroambientais tais como a dinâmica da água, a retenção e transporte de nutrientes e/ou a retenção e transporte de contaminantes ou poluentes. / The regolith is the mantle of weathering above the rocks. This mantle may consist of three structurally distinct entities denominated sediment, soil and saprolite. All are products of rock weathering. Saprolite is defined as the product of in situ, isovolumetric weathering of the lithotype. Unlike the soils, sediments or rocks, there is no specific science dedicated to the study of saprolite. The saprolihtology does not exist formally. However, it can implicitly be found in scientific papers from around the world. The first chapter of the thesis presents the state of the art of saprolite studies and suggests the consolidation of saprolithology in order to encourage the development of research focused in this entity poorly known. In fact, the processes related to the isovolumetric weathering of rocks are not yet fully understood. In this context, the Pernambuco State in Northeastern Brazil have geomorphological and climatic conditions prone to the study of the saprolite formation and evolution. The second chapter of this thesis demonstrates that the isovolumetric weathering of the thirteen crystalline rocks was more influenced by microenvironmental conditions, such as the water dynamics through the microstructure, than the macro-environmental conditions. Subsequent to isovolumetric weathering, morphological and geochemical differenciation occur during the vertical evolution of regolith. However, it is difficult to differentiate the domains of saprolithogenesis and pedogenesis. The third chapter of the thesis reports the morphological, structural and geochemical evolution of the thirteen profiles formed by soil-saprolite systems derived from the crystalline basement of the Pernambuco State. Anomalies in the weathering measurement indexes showed that the gradual increase in the degree of weathering from the surface horizons towards the subsurface horizons is not the rule for the vertical development of regolito. In addition, the geochemistry and the morphology of the studied profiles indicate that some soil-saprolite systems evolved in an interconnected way and others provide evidence that the formation of saprolite may have occurred after the formation of the overlying soil. During the regolith evolution, soil and saprolite influence key environmental processes. The fourth chapter describes the agricultural and environmental implications of the processes acting in the thirteen profiles described in the third chapter. The results suggest that existing processes in geochemical soil-saprolite systems, such as the mineral carbonation, have influenced the elements flow through the surrounding ecosystem and demonstrate that saprolites have agricultural and environmental importance analogous to soil, influencing processes such as water fluxes, retention and transport of nutrients and/or of contaminants or pollutants.

O trabalho propõe procedimentos para a avaliação da degradação mecânica de reservatórios de polietileno para água potável expostos às intempéries nas edificações brasileiras. Tais procedimentos envolvem a comparação das propriedades mecânicas antes e após a exposição acelerada de corpos de prova retirados de reservatórios de polietileno em equipamento Weather-OMeter (WOM). Demonstra-se que esses procedimentos reproduzem a degradação provocada pela natureza, por comparação dos resultados obtidos na exposição acelerada até 10 800 horas em WOM com três anos de exposição natural em Piracicaba (SP). / O trabalho propõe procedimentos para a avaliação da degradação mecânica de reservatórios de polietileno para água potável expostos às intempéries nas edificações brasileiras. Tais procedimentos envolvem a comparação das propriedades mecânicas antes e após a exposição acelerada de corpos de prova retirados de reservatórios de polietileno em equipamento Weather-OMeter (WOM). Demonstra-se que esses procedimentos reproduzem a degradação provocada pela natureza, por comparação dos resultados obtidos na exposição acelerada até 10 800 horas em WOM com três anos de exposição natural em Piracicaba (SP).

O papel da litologia e da organização tectônica Proterozóica para entendimento da gênese do relevo, em termos de erosão diferencial, tem sido relativamente negligenciado nos últimos decênios em favor de linhas de explicação baseadas nas mudanças paleoclimáticas, tectônica moderna, e geoquímica de superfície. Fato que tem permitido a formação de modelos explicativos fechados sobre a gênese e dinâmica do relevo. Entretanto, em áreas de embasamento cristalino a organização tectônica e a diversidade composicional químico-mineralógica das rochas auxilia fortemente o entendimento do papel da erosão diferencial, na explicação da diversidade de compartimentos geomórficos. A organização tectônica das rochas, através de sistemas de falhas e dobras de fundo (estudados na década de 1950 por Francis Ruellan), tem papel fundamental no entendimento dos processos de erosão diferencial responsável pela diversidade de compartimentos geomórficos. Neste sentido, este trabalho procura provar, através do método da Associação e Indeterminação Geomorfológica de Leopold e Langbein (1970), que a Região Serrana do Espírito Santo, e, em especial, a da bacia hidrográfica do Rio Benevente é resultante da erosão diferencial sobre rochas de rica diversidade químico-mineralógica, organizada por meio de dobras de fundo e sistemas de falhas transcorrentes conjugadas. Para realização desta investigação foi elaborado uma proposta de cartografia hidrogeomorfológica para pesquisa de bacias hidrográficas, estudando-se a evolução dos perfis fluviais longitudinais, perfis morfogeológicos, estruturas tectônicas e composição químico-mineralógica das unidades litológicas associado a compartimentação morfológica do relevo. Tudo fundamentado no método escolhido. O que certamente parece ser uma coisa óbvia, no entanto, evidencia a atuação de um verdadeiro sistema de dissecação fluvial, associado ao rebaixamento de níveis de base (knickzonas) que evoluem conforme o mergulho da foliação metamórfica dos flancos das dobras e da zona de dano associado às falhas. A conclusão que se chega é a de que o relevo da bacia do Rio Benevente, e por sua vez da Região Serrana do Estado, configura-se como compartimentos geomórficos residuais resultantes da evolução de knickzonas fluviais associadas à organização tectônica das dobras de fundo responsáveis pela gênese de níveis diferenciais de resistência litológica e de distribuição espacial das falhas e fraturas. A composição das unidades litológicas também influencia, fortemente, a compartimentação do relevo, estando o nível de convexização dos relevos e a dissecação na forte dependência do grau de participação dos minerais do grupo dos plagioclásios, anfibólios e piroxênios na constituição litológica das litoestruturas / The role of lithology and Proterozoic tectonic organization for understanding the genesis of relief in terms of differential erosion, has been relatively neglected in recent decades in boon of lines of explanation based on paleoclimatic changes, modern tectonics, and geochemistry. This fact has allowed the formation of \"closed\" on the genesis and dynamics of relief explanatory models. However, in sites of crystalline basement tectonics organization and compositional diversity chemical-mineralogical Rocks strongly supports the understanding of the role of differential erosion, in explaining the diversity of geomorphic compartments. The tectonic organization of the rocks through system failure and bottom folds (studied in the 1950s by Francis Ruellan) plays a fundamental role in understanding the processes of differential erosion responsible for the diversity of geomorphic compartments. In this sense, this work seeks to prove, by the method of the Association and Indeterminacy Geomorphological Leopold and Langbein (1970), the mountainous region of the Espírito Santo, and in special the river basin Benevente is the result of differential erosion of rocks rich chemical-mineralogical diversity, organized by folds background and strike-slip fault systems combined. To carry out this research hydrogeomorphological a proposed mapping is designed to survey watershed studying the evolution of longitudinal river profiles, profiles morphogeologicals, tectonic structures and chemical-mineralogical composition of rock units associated with morphological partitioning of relief. All based on the method chosen. This certainly seems like an obvious thing, however, highlights the work of a true system of river dissection, associated with the lowering of baseline levels (knickzones) that evolve according to the metamorphic foliation dipping flanks of the folds and the damage zone associated with the fault. The conclusion reached is that the relief Benevente River basin, and in turn the mountainous region of the state, appears as residual geomorphic compartments resulting from the evolution of river knickzonas associated with the organization of tectonic folds background responsible for the genesis of differential levels of lithologic resistance and spatial distribution of faults and fractures. The composition of the lithological units also influences strongly the partitioning of relief, being the level of reliefs and round dissecting the strong dependence of the degree of participation of the group of the minerals plagioclase amphibole and pyroxene in the lithological constitution of lithostructurals

La contribution, dans le cycle supergène, du carbone organique fossile (COF), issu de l’érosion des roches sédimentaires, est aujourd’hui une inconnue majeure du cycle du carbone. Le présent travail, initié dans le cadre du GIS Draix "étude de l'érosion en montagne », s'est intéressé au devenir de la matière organique contenue dans les "terres noires" (marnes jurassiques) des bassins versants de Draix (Alpes de haute Provence, France). Ceci a nécessité : - la mise en évidence de la contribution de COF au sein des compartiments supergènes (sols, particules fluviatiles, altérites) à travers une approche pluri-analytique (investigations géochimiques, optiques, isotopiques). - l’estimation de la part de COF disparue lors de son transfert d’un compartiment à un autre obtenue grâce au développement d’une nouvelle méthode analytique (palynofacies quantitatif) et en couplant approches terrain et expérimentale. - l’estimation et la modélisation des flux de COF libérés par les altérations mécaniques et chimiques des terres noires à l’échelle des bassins étudiés. Les résultats obtenus permettent : - 1) de confirmer la résistance du COF, dont les pertes n’excèdent pas 30 % et ne concernent que la part libérée par l’altération chimique; - 2) de rappeler la pluralité du COF, dont les familles réagissent différemment face aux différents types d’altérations ; - 3) de hiérarchiser les facteurs contrôlant les flux de COF (couvert végétal, pentes, précipitations) ; - 4) de mettre en évidence l’importance du COF libéré, exprimé en t/ha/an, par les « terres noires » aux échelles locales et régionales. / Initiated within the framework of GIS Draix « mountains erosion study), this work relates to the debate on the fossil organic carbon (FOC) input in modern environments and its possible implications for the carbon cycle. It focuses on the fate of FOC released by of jurassic marls weathering occuring in Draix watersheds (Alpes de haute Provence, France). Such work needed to : - confirm FOC occurrence both in weathered rocks, soils and riverine particles (multi-analytical approach); - quantify FOC losses during pools transitions by using a new analytical method (quantitative palynofacies) and combining field and experimental investigations; - estimate and model FOC fluxes released both by chemical and mechanical weathering in the studied watersheds. Obtained results permit us to : - point out FOC resistance to weathering processes. FOC losses only occur during chemical one and do not exceed 30 %. - highlight fossil organic matter plurality composed with labile and refractory components ; - hierarchize fluxes controlling factors such as vegetal cover, slope,and precipitations ; - emphasize FOC fluxes importance, expressed in t/ha/y, released by jurassic marls weathering at local and regional scales.

Le Sud du Brésil est une région où l'agriculture est très intensive et la pression sur les sols est beaucoup plus importante que dans la région amazonienne. Ainsi, il est nécessaire de développer des études qui relient le développement du sol avec son matériau source respectif, en détaillant les transformations dans la zone de transition sol-roche et ses implications pour les activités environnementales et humaines. Dans ce contexte, ce travail vise à: (i) caractériser les aspects minéralogique, pédochimique et géochimiquedes profils d'altération développés en l'absence d'action humaine ou avec une intervention minimale; (ii) caractériser qualitativement et semi-quantitativement les minéraux primaires et les minéraux pedogenic dans les sols insérés dans les régions importantes de l'écosystème du Rio Grande do Sul; et (iii) évaluer l'impact des différentes intensités de pâturage sur la minéralogie d’un Oxisol sous système intégré de production soja-élevage dans le sud du Brésil. Cette étude concerce des sols du Rio Grande do Sul dont le climat subtropical (températures moyennes annuelles ~17°C, précipitations moyennes annuelles ~1800 mm/an) favorise l’accumulation de matiére organique ainsi que la formation de minéraux argileux 2:1. Les indices d'altération (Weathering Intensity Scale - WIS et Chemical Index of Alteration - CIA) établis à partir de la composition chimique des profils d'altération permettent de classer les profils selon leur degré d’altération qui correspond également à des compositions minéralogiques différentes (smectite, smectite + kaolinite, kaolinite). L'étude a montré que des sols formés à partir de la même roche ont des différences importantes liées aux différences climatiques et de relief. Finalement, après 12 ans de culture des sols avec un système intégré culture-élevage, les surfaces non pâturées présentent une proportions moins important de minéraux 2:1. D'autre part, les surfaces sous pâturage intensif et pâturage modéré présentent un comportement similaire attribué à une aluminisation plus élevée de la couche interfoliaire de minéraux 2:1. L'aluminisation plus élevée sous gestion intensive et modérée peut fixer une partie de l'aluminium dans la phase solide du sol, ce qui pourrait le rendre moins disponible pour les plantes et diminuer sa phytotoxicité. / O sul do Brasil é uma região com uma agricultura muito intensa e com grande pressão de uso do solo, consideravelmente mais intenso do que na região da Amazônia. Assim, é necessário desenvolver estudos que relacionem o desenvolvimento do solo com seu respectivo material de origem, detalhando as transformações na zona de transição solo-rocha e suas implicações para as atividades ambientais e humanas. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo: (i) caracterizar os aspectos mineralógicos, pedoquimicos e geoquimicos dos perfis de alteração desenvolvidos na ausência ou mínima ação humana; (ii) caracterizar qualitativa e semi-quantitativamente os minerais primários e os minerais pedogênicos em solos inseridos em regiões ecossistêmicas importantes do Rio Grande do Sul; e (iii) avaliar o impacto de diferentes intensidades de pastejo na mineralogia de um Latossolo, sob sistema de produção integrada soja-bovinos de corte no sul do Brasil.Este estudo foi realizado em solos do Rio Grande do Sul, onde o clima subtropical (temperatura média anual ~ 17°C, precipitação anual média de 1800mm/ano) favorece o acúmulo de matéria orgânica ea ocorrência de argilominerais 2:1.Os índices de intemperismo (Weathering Intensity Scale - WIS e Chemical Index of Alteration - CIA), considerando a composição mineralógica dos perfis de alteração, indicaram a seguinte sequência crescente do grau de intemperismo: esmectita < caulinita - esmectita < caulinita. O estudo mostrou diferenças importantes nos solos, mesmo entre aqueles formados a partir do mesmo material de origem, devido às diferenças climáticas e de relevo. Por fim, após 12 anos sob um sistema integrado de produção de soja-bovinos de corte, as áreas não pastejadas apresentaram menor intensidade para os argilominerais 2:1. Por outro lado, as áreas sob pastejo intensivo e pastejo moderado apresentaram comportamento semelhante, devido à maior aluminização da entrecamada dos argilominerais 2:1. A maior aluminização sob pastejo intensivo e moderado pode ser um dreno de alumínio na fase sólida do solo, tornando-o menos disponível para as plantas e diminuindo sua fitotoxicidade. / The Southern Brazil is a region with a very intensive agriculture and the pressure on soil use is considerably more intense than in the Amazonian region. Thus, it is necessary to develop studies that relate the soil development with its respective source material, detailing the transformations in the soil-rock transition zone and its implications for the environmental and human activities. In this context, this work aims to: (i) characterize the mineralogical and pedochemical alterations and geochemical evolution the profiles of the alteration developed in the absence, or the minimal human action; (ii) characterize both qualitatively and semi-quantitatively the primary and pedogenic minerals present in soils of important ecosystems in Rio Grande do Sul; And (iii) evaluate the effect of grazing intensities on the mineralogy of an Oxisol, in an integrated soybean-cattle beef production system of southern Brazil. This study concerns soils of Rio Grande do Sul, where the subtropical climate (mean annual temperature ~17°C, mean annual precipitation 1800mm/yr) favored the accumulation of organic matter and occurrence of 2:1 clay minerals. The indexes of weathering (Weathering Intensity Scale - WIS and Chemical Index of Alteration - CIA), considering the mineralogical composition of the alteration profiles, indicated the following increasing sequence of the degree of weathering: smectite composition <kaolinite-smectite composition <kaolinite composition. The study showed that the soils have important differences, even between those formed from the same material of origin, due to climatic differences and relief. Lastly, after 12 years under an integrated soybean–beef cattle production system, the ungrazed areas presented lower intensity of 2:1 minerals. On the other hand, areas under intensive grazing and moderate grazing presented similar behaviour due to the higher aluminization of the interlayer of 2:1 minerals. The higher aluminization under intensive and moderate grazing managements may be a drain on aluminum in the soil solid phase, making it less available to plants and decreasing its phytotoxicity.

O uso de fibras vegetais e de cimentos alternativos – ambos provenientes de resíduos, é tido como boa opção na busca por novos fibrocimentos. Entretanto, a maioria das pesquisas desenvolvida nos últimos anos tem apresentado resultados desanimadores no que se refere à durabilidade do material. Além disso, os métodos para avaliação do desempenho ao longo do tempo de materiais reforçados com fibras sensíveis a álcalis ainda não estão bem estabelecidos. O trabalho avaliou o comportamento de compósitos produzidos com cimento de escória de alto-forno reforçados com fibras de celulose, moldados através de adaptações dos processos industriais usados em todo mundo pelas empresas de fibrocimento. Em seguida, a durabilidade das formulações foi avaliada através de ensaios de envelhecimento, os quais se basearam na simulação dos principais agentes e mecanismos de degradação atuantes no material. O desempenho físico e mecânico dos compósitos foi avaliado através da análise de propriedades pré-estabelecidas, consideradas importantes no emprego material como componente construtivo. A análise dos resultados confirmou a eficiência da incorporação da celulose nas propriedades mecânicas do compósito. A durabilidade do material foi diferente para as matrizes empregadas. As matrizes ativadas com gipsita e cal hidratada (EGCH) foram menos agressivas às fibras, entretanto apresentaram problemas de hidratação às primeiras idades e perda de resistência devido à carbonatação. A matriz ECP, mais alcalina, apresentou resultados superiores de resistência mecânica nas primeiras idades. Ela decompôs as fibras e reduziu as propriedades mecânicas durante o envelhecimento. A carbonatação reduziu o ataque alcalino às fibras nestas matrizes, estabilizando a resistência mecânica e a perda de tenacidade não foi tão acentuada. A metodologia de envelhecimento acelerado que combinou ciclos de molhagem e secagem à carbonatação se mostrou eficiente na simulação do envelhecimento natural. / Vegetable fibers and alternative cements from residues is a good option for replacement asbestos-cement. However, research development has presented no satisfactory results concerning material durability and methods of performance evaluation to reinforced materials with alcali sensitive fibers are not well developed. The objetives of this research are: a) evaluation of composites behavior produced with blast-furnace slag reinforced with residual cellulose fibers, which were moulded in adapted conventional industrial processes, common in fibercement companies around world and b) durability performance evaluation applying proposed aging tests. Aging tests were based on simulation of main agents and degradation mechanisms. Physical and mechanical behaviour of composites was evaluated considering important properties in building component uses. Cellulose fibers improved the mechanical properties of the composites. Durability presented different results for the two matrices. The matrices activated with gypsum and hidrated lime (EGCH) have been less aggressive than matrix activated with ordinary Portland cement (OPC) in relation to fibers. However, they presented problems concerning to the hydration at early dates and loss of resistance due to carbonation. Matrices activated with OPC presented better results of MOR at the early dates. In fact, they are more alkaline and they decomposed fibers and reduced the mechanical properties during the aging. The carbonation reduced the alkaline attack, stabilizing the MOR and reducing the loss of tenacity. The accelerated methods with carbonation were efficient in the simulation of the natural ageing.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-12T17:52:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ LUIZA A V QUEIROZ 2011.pdf: 3801798 bytes, checksum: 4432ac3042314444c4def7d67d02d61a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-12T17:52:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ LUIZA A V QUEIROZ 2011.pdf: 3801798 bytes, checksum: 4432ac3042314444c4def7d67d02d61a (MD5) / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O objetivo deste trabalho é identificar a contribuição de fontes antrópicas e geológicas na hidrogeoquímica fluvial da bacia do rio Paquequer, principal drenagem do município de Teresópolis, RJ. A bacia está localizada na região da Serra do Mar e cobre uma área de 269 km². Sua nascente encontra-se dentro de uma Unidade de Conservação da Mata Atlântica (Parque Nacional da Serra dos Órgãos) e, ao atravessar a cidade de Teresópolis, incorpora resíduos domésticos e de aterro sanitário, ocorrendo também contribuições de pecuária extensiva e/ou agrícolas no seu baixo curso. O rio Paquequer tem importância singular para o município de Teresópolis porque é uma das fontes de abastecimento de água do município. As unidades geológicas locais são classificadas como; Unidade Rio Negro, Batólito Serra dos Órgãos, Granito Teresópolis, e diques básicos. Os solos são predominantemente Latossolo Vermelho-Amarelos e Cambissolo e ocorrem ainda Gleissolos nos vales fluviais. Nesse estudo foram coletadas amostras de água de rio e particulados em suspensão contemplando diferentes litologias e usos do solo. A amostragem foi realizada em agosto de 2010, durante o período de estiagem, quando o intemperismo é a principal fonte natural de elementos para o sistema fluvial. Foram efetuadas medidas de pH, condutividade, temperatura, potencial de oxi-redução e medidas de vazão in situ. Além dessas medidas, foram feitas análises químicas do material dissolvido (Na+, K+, Ca2+, Ba+, Mg3+, Pb, Cu, Co, Ni, Cr, Zn, Sr, Rb, Al, Si, Fe, Mn e Cd, PO43-, Cl- e SO42-) e identificação mineralógica (DRX) das partículas em suspensão. Os resultados de DRX mostram que a mineralogia do particulado é predominantemente formada por caulinita, gibbsita, e quartzo e secundariamente ocorrem haloisita, mica e illita e raramente microclina. Diagramas teóricos de estabilidade foram confeccionados para identificação da transferência de elementos da fase dissolvida para a fase particulada. O Si é originado por fontes naturais de intemperismo e os resultados químicos apontam concentrações crescente deste elemento no PARNASO e concentrações aproximadamente constante ao longo do canal principal do rio Paquequer a jusante do parque. Na, K, Ca, Cl-, SO42- e PO43- apresentam fontes naturais no intemperismo e fontes antrópicas em resíduos urbanos e agricolas. Estes elementos apresentam picos de concentração ao atravessarem o núcleo urbano e no afluente que drena o aterro sanitário. A razão Na/Si assim como as concentrações de cloreto e fosfato funcionam como identificadores de esgoto doméstico. Os metais Cu, Ni, Co, Zn e Mn são provenientes de poluição antrópica urbana e de agricultura e são encontrados ao longo do canal principal do rio após o centro urbano no médio e baixo curso do rio. Rochas que apresentam maiores conteúdos de K e Al, ricas em k-feldspato, são mais resistentes ao intemperismo, por essa razão as águas fluviais que drenam esses litotipos não apresentaram maiores concentrações desses metais. Análise multivariada permitiu o agrupamento dos locais amostrados em 4 subgrupos de acordo com o seu grau de influência antrópica. Pontos localizados no alto curso do rio são preservados, a maioria dos afluentes apresentam características pouco impactadas em relação ao background local. Após o centro urbano todo o canal principal se apresenta influenciado por impacto antrópico. Locais analisados no nucleo urbano e no alfluente que drena o aterro sanitário apresentam características extremamente impactadas. / Surface water chemistry varies according to geology, atmospheric inputs and anthropogenic factors, such as discharges of domestic and industrial effluents, agricultural activities and others. The main purpose of this study is to identify the anthropogenic and geological contributions in determining the hydrogeochemistry of the Paquequer river basin, Teresópolis, RJ. This basin covers a 269 km² area, its springs lie within a conservation area (Parque Nacional da Serra dos Órgãos) with preserved Atlantic Forest. The Paquequer River mid-stream crosses the city of Teresopolis and receives domestic waste. Contributions of agricultural effluent also occur in its lower stream. The Paquequer river has singular importance for Teresópolis because it is a water supply source. The present geological units are classified as Batólito Serra dos Órgãos (gneissic granites), Granito Teresópolis (monzogranite), the Rio Negro Unit and basic dykes. Soils are predominantly Red-Yellow Cambissoils and Gleissoils in river valleys. In this study, river samples consider different lithologies and land uses. Samples were collected during the dry season in August 2010 when weathering comprises the main source of natural elements to the river system. Measurements of pH, conductivity, temperature, redox potential and river flow were made in site. Besides these measures, chemical analysis of dissolved elements have been carried out (Na, K, Ba, Ca, Mg, Pb, Cu, Co, Ni, Cr, Zn, Sr, Rb, Al, Si, Fe, Mn, Li, La, Cd, PO43- , Cl- and SO42-). Mineralogy (XRD) of the suspended particles was also identified. XRD results showed that the mineralogy of the suspended particles is predominantly composed of kaolinite, gibbsite and quartz. Secondarily it was also observed halloysite, mica, illite and rarely microcline. Theoretical stability diagrams were prepared to identify the transfer of elements from the dissolved phase to solid phase. Chemical results of the dissolved elements indicated concentrations of Si approximately constant along the main Paquequer river channel, only natural sources (weathering) were found for this element. Na, K, Ca, Cl, SO4 and PO4 shows natural (weathering) and anthropogenic (urban and agricultural effluents) sources and concentrations peak while crossing the urban center and, in the tributary that drains the sanitary landfill. The ratio Na / Si indicated domestic sewage influences. Copper, Ni, Co, Zn and Mn indicates anthropogenic pollution from urban sources and agriculture. Rocks with higher contents of K and Al are more resistant to weathering processes, explaining why the river water that drains those lithotype do not present higher concentrations of these metals. Multivariate analysis identified four subgroups of sampling sites according to their degree of anthropogenic influence. Points located in the upper stream of the river are unaffected. Almost all tributaries shows characteristic of low impact. Along the main channel, after the city influence, all place have noticeable pollution features. Lastly points, which receive direct influence of the urban center and sanitary landfill sites, are highly impacted.

Les principaux objectifs étaient d'évaluer la stabilité de l'environnement des scories métallurgiques de Cu résultant de différentes périodes d'activités industrielles et de différentes technologies de fusion. Parmi les scories étudiées, on retrouve: les scories historiques cristallines (SH) ainsi que modernes: les scories de four vertical (SFS), les scories granulées (GS) et les scories de plomb (LS). Les différentes approches adoptées dans ce travail de thèse ont tenu compte de: i) la composition chimique et la phase minérale des scories, ii) la sensibilité à la lixiviation des scories sous l’exposition à différentes conditions de pH en mode statique, iii) l’altération des scories sous exposition aux acides organiques couramment trouvés dans l'environnement du sol, iv ) la bio-altération des scories par les bactéries (Pseudomonas aeruginosa) et v) l’application future de la récupération des métaux provenant des scories étudiées en mettant en œuvre la méthode de lixiviation biologique. Résultats cruciaux: Les résultats des tests de lixiviation dépendant du pH ont montré une libération de métal plus élevée dans des conditions fortement acides (pH 2 et 4), alors que la lixiviation dans des conditions alcalines (pH 10.5) était moins importante pour toutes les scories analysées. L'effet de l’altération par le sol a été démontré, la dissolution des scories est notamment sensible à la présence d'exsudats racinaires artificiels (ARE), d’acides humiques (HA) et d’acides fulviques (FA), la contribution des ARE étant la plus forte. Selon les données recueillies, la dissolution relative des scories est strictement liée à leurs caractéristiques (composition chimique et minéralogique) en fonction des différentes conditions étudiées. L'étude concernant l’effet de l’altération biologique a révélé que Pseudomonas aeruginosa améliore considérablement la libération des éléments majeurs (Si et Fe) et métalliques (Cu, Zn, Pb) par rapport aux effets des facteurs abiotiques, indépendamment de la chimie et de la structure des scories. En outre, une récupération élevée (jusqu'à 90%) des métaux (Cu, Zn, Fe) pourrait être obtenue grâce à la lixiviation avec Acidithiobacillus thiooxidans dans des conditions de laboratoire. Conclusions générales : La stabilité des scories dans l'environnement dépend à la fois des caractéristiques chimiques et de la minéralogie. Cependant, les phases minérales hébergeant les métaux sont les facteurs les plus déterminants concernant l'intensité de la lixiviation des métaux. Pour cette raison, l'examen individuel du comportement des scories est important pour empêcher la contamination de l'environnement et devrait être considéré comme une priorité pour la gestion durable des scories. L’optimisation des paramètres de fonctionnement pour le biolessivage et le développement de la technologie à l'échelle industrielle pourrait permettre une bien meilleure gestion (voir l’exploitation) des scories métallurgiques de Cu / Problem statement: Copper pyrometallurgical slags are inevitable waste by-products of Cu smelting operations. These waste are considered to be important due to their production volume and high residual metal content that are inefficiently recovered during industrial process. Due to the lack of sustainable practices in the past, tremendous volumes of Cu-slags have been disposed in many industrial districts, regardless of the weathering and associated environmental risk. Consequently, there are many areas where slags have been proven to be a source of metallic pollution for the surrounding environment. At the present time, the outstanding contradiction between the sustainable development and environmental pollution encourages to undertake the action regarding this aspect. For this reason, slags are currently being used as supplementary materials for civil engineering purposes (e.g. cement and concrete additives, road bed filling materials, hydraulic construction materials) rather than disposed. Additionally, modern-day management strategies require slags to be thoroughly evaluated with respect to their environmental stability prior undertaking any reuse action. Main objectives were to evaluate environmental stability of Cu-metallurgical slags resulting from different periods of industrial activities and different smelting technologies. Those included: historical crystalline slag (HS) as well as modern: shaft furnace slag (SFS), granulated slag (GS) and lead slag (LS). Different approaches undertaken in this PhD work considered: i) chemical and mineral phase compositions of slags, ii) leaching susceptibility of slags under exposure to different pH-stat conditions, iii) slags weathering under exposure to organic acids commonly found in soil environment, iv) bacterially (Pseudomonas aeruginosa) mediated weathering of slags and v) future application of studied slags for metal recovery by implementing the bioleaching method. Crucial results: The results of the pH-dependent leaching tests showed a higher metal release in strong acidic conditions (pH 2 and 4), whereas leachability at alkaline conditions (pH 10.5) revealed a lower importance for all the slags analyzed. The study considering soil weathering scenario demonstrated that Cu-slags are susceptible to dissolution in the presence of artificial root exudates (ARE), humic (HA) and fulvic acids (FA), whereby ARE were found to have stronger contribution than HA and FA. According to data collected, the different behavior of individual slags is strictly related to their characteristics (chemical and phase composition) reflecting various susceptibilities to dissolution under the investigated conditions. The study considering bio-weathering scenario revealed that Pseudomonas aeruginosa considerably enhances the release of major (Si and Fe) and metallic (Cu, Zn, Pb) elements compared to the effects of abiotic factors, regardless of the slags chemistry and structure. Furthermore, a high gain (up to 90%) of metals (Cu, Zn, Fe) could be credited to bioleaching with Acidithiobacillus thiooxidans under laboratory conditions. General conclusions: The environmental stability of slags depends on both, their bulk chemistry and mineralogy. However, mineral phases harbouring the metals are the key players in metal leachability intensity. For, this reason consideration of individual slags behaviour is important for preventing environmental contamination and should be regarded as priority branch of sustainable slag management. Optimization of operating parameters for bioleaching following development of industrial scale technology is an incentive scheme for future management of Cu-metallurgical slags

O regolito é o manto do intemperismo existente sobre as rochas. Este manto pode ser constituído estruturalmente por três entidades distintas denominadas, solo, sedimento e saprolito. Ambas são produtos da intemperização das rochas. No entanto, o saprolito é definido como o único produto não transportado da intemperização isovolumétrica do litotipo originário. Diferente dos solos, dos sedimentos ou das rochas, não existe uma ciência específica para o estudo dos saprolitos. A saprolitologia não existe oficialmente, porém, pode ser implicitamente encontrada em trabalhos científicos de todo o mundo. No primeiro capítulo da tese, apresenta-se o estado da arte dos estudos dos saprolitos e sugere-se a consolidação da saprolitologia com o intuito de incentivar o incremento das pesquisas voltadas a esta entidade ainda pouco conhecida. De fato, os processos relacionados à intemperização isovolumétrica das rochas ainda não foram completamente compreendidos. Neste contexto, o Estado de Pernambuco, no nordeste do Brasil, apresenta condições geomorfológicas e climáticas propícias ao estudo da formação de saprolitos. No segundo capítulo da tese, demonstra-se que o intemperismo isovolumétrico de treze rochas cristalinas foi mais influenciado pelas condições microambientais, a exemplo da dinâmica da água através da microestrutura, do que pelas condições macroambientais. Posteriormente ao intemperismo isovolumétrico, diferenças morfológicas e geoquímicas ocorrem durante a evolução vertical do regolito. Entretanto, os domínios da saprolitogênese e da pedogênese são difíceis de diferenciar. No terceiro capítulo da tese, avaliou-se a evolução morfológica, estrutural e geoquímica de treze perfis formados por sistemas solo-saprolitos derivados do embasamento cristalino do Estado de Pernambuco. Anomalias nos índices de mensuração do intemperismo demonstram que o aumento gradual do grau de intemperização dos horizontes mais superficiais em relação aos horizontes inferiores não é a regra durante a evolução vertical do regolito. Em adição, a geoquímica e a morfologia dos perfis estudados indicam que alguns sistemas solo-saprolitos desenvolveram-se de forma interligada e outros apresentam evidências de que a formação do saprolito pode ter ocorrido após a formação do solo sobrejacente. Durante a evolução do regolito, o solo e o saprolito influenciam processos essenciais ao meio ambiente. No quarto capítulo da tese, descrevem-se as implicações agrícolas e ambientais dos treze perfis descritos no terceiro capítulo. Os resultados sugerem que os processos geoquímicos existentes nos sistemas solo-saprolitos, a exemplo da \"mineral carbonation\", influenciam o fluxo de elementos através do ecossistema circundante e demonstram que os saprolitos possuem importância agrícola e ambiental análoga à dos solos, influenciando processos de relevância agroambientais tais como a dinâmica da água, a retenção e transporte de nutrientes e/ou a retenção e transporte de contaminantes ou poluentes. / The regolith is the mantle of weathering above the rocks. This mantle may consist of three structurally distinct entities denominated sediment, soil and saprolite. All are products of rock weathering. Saprolite is defined as the product of in situ, isovolumetric weathering of the lithotype. Unlike the soils, sediments or rocks, there is no specific science dedicated to the study of saprolite. The saprolihtology does not exist formally. However, it can implicitly be found in scientific papers from around the world. The first chapter of the thesis presents the state of the art of saprolite studies and suggests the consolidation of saprolithology in order to encourage the development of research focused in this entity poorly known. In fact, the processes related to the isovolumetric weathering of rocks are not yet fully understood. In this context, the Pernambuco State in Northeastern Brazil have geomorphological and climatic conditions prone to the study of the saprolite formation and evolution. The second chapter of this thesis demonstrates that the isovolumetric weathering of the thirteen crystalline rocks was more influenced by microenvironmental conditions, such as the water dynamics through the microstructure, than the macro-environmental conditions. Subsequent to isovolumetric weathering, morphological and geochemical differenciation occur during the vertical evolution of regolith. However, it is difficult to differentiate the domains of saprolithogenesis and pedogenesis. The third chapter of the thesis reports the morphological, structural and geochemical evolution of the thirteen profiles formed by soil-saprolite systems derived from the crystalline basement of the Pernambuco State. Anomalies in the weathering measurement indexes showed that the gradual increase in the degree of weathering from the surface horizons towards the subsurface horizons is not the rule for the vertical development of regolito. In addition, the geochemistry and the morphology of the studied profiles indicate that some soil-saprolite systems evolved in an interconnected way and others provide evidence that the formation of saprolite may have occurred after the formation of the overlying soil. During the regolith evolution, soil and saprolite influence key environmental processes. The fourth chapter describes the agricultural and environmental implications of the processes acting in the thirteen profiles described in the third chapter. The results suggest that existing processes in geochemical soil-saprolite systems, such as the mineral carbonation, have influenced the elements flow through the surrounding ecosystem and demonstrate that saprolites have agricultural and environmental importance analogous to soil, influencing processes such as water fluxes, retention and transport of nutrients and/or of contaminants or pollutants.