Ultra cold quantum gas is a convenient system to study fundamental questions of modern physics, such as phase transitions and critical phenomena. This master thesis is devoted to experimental investigation of the thermodynamics susceptibilities, such as the isothermal compressibility and the thermal expansion coefficient of a trapped Bose-Einstein condensate (BEC) of 87Rb atoms. The critical phenomena and the critical exponents across the transition can explain the behavior of the isothermal compressibility and the thermal expansion coefficient near the critical temperature TC. By employing the developed formalism of global thermodynamics variables, we carry out a statistical treatment of Bose gas in a 3D harmonic potential. After that, comparison of obtained results reveals the most appropriate state variables describing the system, namely volume and pressure parameter V and Π respectively. The both are related with the confining frequencies and BEC density distribution. We apply this approach to define the set of new thermodynamic variables of BEC, and also to construct the isobaric phase diagram V T. Its allows us to extract the compressibility κT and the thermal expansion coefficient βΠ. The behavior of the isothermal compressibility corresponds to the second-order phase transition, while the thermal expansion coefficient around the critical point behaves as β ∼ tr-α, where tr is reduced temperature of the system and α is the critical exponent on the basic of these. Results we have obtained the critical exponent α = 0.15±0.09, which allows us to determine the system dimensionality by means of the scaling theory, relating the critical exponents with the dimensionality. As a result, we found out that the dimensionality of the system to be d ∼ 3, one is in agreement with the real dimension of the system. / Amostras atômicas ultrafrias de um gás de Bose são convenientes para estudar questões fundamentais da física moderna, como as transições de fase e fenômenos críticos em condensados de Bose-Einstein (BEC). A minha dissertação dedica se à investigação das susceptibilidades termodinâmicas como a compressibilidade isotérmica e o coeficiente de expansão térmica de a traves da transição de um BEC de 87Rb. Os fenômenos críticos e os exponentes críticos a traves da transição podem explicar o comportamento da compressibilidade isotérmica e do coeficiente de expansão térmica perto da temperatura crítica TC. Ao empregar o desenvolvido formalismo das variáveis termodinâmicas globais, levamos a cabo o tratamento estatístico de um gás de Bose num potencial harmônico 3D. Depois da comparação dos resultados obtidos, revelam as mais apropriadas variáveis de estado descrevendo o sistema, chamadas parâmetro de volume e pressão, V e Π respectivamente. As duas estão relacionadas com as frequências de confinamento e a distribuição de densidade do BEC. Nós aplicamos esta abordagem para definir um conjunto de novas variáveis termodinâmicas do BEC, e também para construir o diagrama de fase isobárico V T. O anterior nós permite extrair a compressibilidade κT e o coeficiente de expansão termina βΠ. O comportamento da compressibilidade isotérmica corresponde a uma transição de fase de segunda ordem enquanto que o coeficiente de expansão térmica ao redor do ponto crítico comporta se como β ∼ tr-α, onde tr é a temperatura reduzida do sistema, e α o exponente crítico. Deste resultado nós obtemos um exponente critico, α = 0.15 ± 0.09, que permite determinar a dimensionalidade do sistema a traves da teoria de escala, relacionando os exponentes críticos com a dimensionalidade. Como resultado, encontramos que a dimensionalidade do sistema é d ∼ 3 que está de acordo como a dimensão real do sistema.

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

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Soil compaction is a problem in different production systems: agriculture, pasture and forest. In the agriculture soil compaction is well documented, while in the pasture and forest its study is scarce. The objective of this study was to evaluate the physical-hydric quality of an Alfisol under forest and pasture in South Brazil, and stabilish parameters and values indicatives of soil quality. The study was carried out in Butiá county, located in the physiographic region of Serra do Sudeste (Escudo Rio- Grandense) in the Rio Grande do Sul state. Four areas were studied: native forest; five-years old pasture, installed under conventional tillage and constituted of Brachiaria brizantha associated with Paspalum lourai and Trifolium sp.; 20-years old Eucalyptus saligna, installed under conventional tillage in 1986; 4.5-years old Eucalyptus saligna in second cycle, where the first cycle was cut 8.5 years after installed. manually and carried out with forwarder. Soil physical properties (bulk density, soil porosity, soil aggregation, air permeability and parameter S), hydrical properties (hydraulic conductivity and soil water retention curve) and mechanical properties (soil penetrations resistance, degree of compactness and compressibility) of soil were evaluated. The depth of soil compaction in the pasture is around 0.10 m, while in the mechanized harvest of eucalyptus may reach 0,40 m, which indicates the need for permanent controlled traffic to minimize soil compaction in forest areas. The critical values of soil physical properties to the growth and yield of annual crops looks effective for perennial and pasture crops. With the increment of soil compaction there is compression of soil aggregates, increase of bulk density and decrease of soil porosity, affecting negatively the fluxes of air and water of soil. Intermediate levels of soil compaction are favorable to the environment, and probably to the plant growth, due to the better soil structure (porosity and bulk density) and greater water availability, along with more efficient to the deformations and susceptibility to compaction. Using bulk density, soil penetration resistance and soil moisture, it is possible to estimate the soil load support ability and its susceptibility to compaction. Biological pores, formed by the action of soil organisms and root decomposition, are effective to increment air flux, fundamental to water infiltration and air flux under conditions of high bulk density. To obtain the reference bulk density to calculate the degree of compactness in forest and pasture, the soil with preserved structure must be sampled in the layer of 0.10 0.125 m, equilibrated under tension of 33 kPa and the reference bulk density must be that obtained from pressure of 1600 kPa. / A compactação é um problema que tem sido verificado nos diferentes sistemas de manejo do solo: agrícola, pecuária e florestal. Na área agrícola a compactação tem sido documentada, enquanto na pecuária e florestal os estudos ainda são incipientes. Com o objetivo de avaliar a qualidade físicohídrica de um Argissolo sob floresta e pastagem no Sul do Brasil, e estabelecer parâmetros e valores indicadores de qualidade do solo, realizou-se um estudo no município de Butiá, situado na região fisiográfica Serra do Sudeste (Escudo Rio-Grandense) do Estado do Rio Grande do Sul, sob um Argissolo Vermelho distrófico. Foram utilizadas quatro áreas: floresta antropizada constituída por espécies arbóreas e arbustivas; pastagem implantada há 5 anos sob preparo convencional e constituída do consórcio de braquiária brizanta (Brachiaria brizantha) com pensacola (Paspalum lourai) e trevo (Trifolium sp.); povoamento de Eucalyptus saligna com vinte anos de idade, sendo realizado o preparo convencional do solo para implantação do povoamento no ano de 1986; e plantio clonal de Eucalyptus saligna conduzido em 2ª rotação com 4,5 anos de idade, sendo a colheita do eucalipto no primeiro corte, aos 8,5 anos de idade, feita manualmente com motosserra e a extração da madeira realizada com Forwarder. Foram avaliadas propriedades físicas (densidade, porosidade, agregação do solo, permeabilidade ao ar e parâmetro S), hídricas (condutividade hidráulica do solo saturado e curva de retenção de água) e mecânicas (resistência à penetração, grau de compactação e compressibilidade) do solo. A profundidade de compactação em área de pastagem é até 0,10 m, enquanto em área de colheita mecanizada de eucalipto pode alcançar 0,40 m, sendo necessários canais permanentes de tráfego para minimizar a compactação em áreas florestais. Os valores críticos de propriedades físicas do solo para o crescimento e rendimento de culturas anuais também parece ser efetivo para culturas perenes e pastagem. Com aumento da compactação há compressão dos agregados do solo, incrementando a densidade e reduzindo a porosidade, afetando negativamente os fluxos de ar e água do solo. Níveis intermediários de compactação são favoráveis ao meio ambiente e, possivelmente, ao crescimento de plantas, devido à melhor estrutura do solo (porosidade e densidade) e ao maior armazenamento e disponibilidade de água, além de ser mais eficiente quanto à deformação e suscetibilidade do solo à compactação. Através de propriedades como a densidade do solo, resistência do solo à penetração e umidade é possível estimar a capacidade de suporte de carga do solo e sua suscetibilidade à compactação. Os poros biológicos, formados pela ação de organismos do solo e decomposição de raízes, são efetivos no incremento do fluxo de ar, sendo fundamentais na infiltração de água e fluxo de ar em condições de elevada densidade do solo. Para obtenção de uma densidade referência do solo para cálculo do grau de compactação em áreas de floresta e pastagem, a coleta de amostras com estrutura preservada deve ser feita na camada de 0,10 0,125 m, equilíbriadas na tensão de 33 kPa, e o valor de densidade referência deve ser aquele obtido na pressão de 1600 kPa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The preconsolidation pressure (σp) is obtained from the curve of the soil compression visual graphical form, mathematical or associating both and is an estimate of its load-bearing capacity. In order to remove the subjectivity of the visual graphical method is need for mathematical description (models using) of the compression curve. However, research results do not provide subsidies for the choice of a model whose σp represents well the resulting load-bearing capacity of soil, but if some model to represent, the σp should be a function of density and water content soil, other properties remain constant. The objective of this study was to understand the variability in the preconsolidation pressure caused by different models and options to adjust these models to the compression curve and evaluate the relationship of preconsolidation pressure with bulk density (Ds), volumetric water content (θ) and macroporisity (Ma) . For this, we performed the uniaxial compression test of 300 samples from a Hapludox, clayey, with wide variation Ds and θ. The preconsolidation pressure was determined by strictly mathematical, from the set of ten models, where seven of them consisted of variations of the model van Genuchten (1980) and others have been proposed by Friton (2001), Assouline (2002) and Gregory et al. (2006). The model proposed by Gregory and Friton possible to obtain the σp for only 62 and 56% of the curves, respectively, the variations of the model van Genuchten were enable the calculation of σp at least 90% of the curves. In three of the variations of the van Genuchten model, it was possible to get σp in 100% of the curves. The range of σp produced by the various options described in compression curve affects the physical significant of σp to represent the load bearing capacity of the soil. Likewise, Ds, θ and Ma, which influence the same load bearing capacity of the soil, not explained more than 58% of the variation of σp produced using different models. With the criteria used, it is not possible to choose one model over the other which allows to estimate more adequately by σp, the load bearing capacity of the soil, which limits the use of this parameter as an indicator for soil management agricultural. Given this result, it was investigated whether the percentage of deformation of the sample as a function of the applied loads would be more closely related to Ds, θ, and Ma was considered a safe limit of deformation of the physical viewpoint, that Ma deformation where the remains higher than 10%. The use of maintenance limit of 80% of voids index (Mεi) displaces the deformation to the plastic region of the curves of all the density ranges and therefore cannot be used for soil with structure more affected by compaction. The load to achieve a certain percentage (Mεi) is best explained by the variation of Ds and θ. The pedotransfer functions to load in Mεi between 85 and 87.5% resulted in higher coefficients of determination (0.74), having potential use of such values as critical limits to maintenance of porosity without degradation of soil physical quality. / A pressão de preconsolidação (σp) é obtida da curva de compressão do solo de forma gráfica visual, matemática ou associando ambas e é uma estimativa de sua capacidade de suporte de carga. A fim de se retirar a subjetividade do método gráfico visual, há necessidade de descrição matemática (uso de modelos) da curva de compressão. Porém, os resultados de pesquisa não fornecem subsídios para a escolha de um modelo cuja σp resultante represente, de maneira confiável, a capacidade de suporte de carga do solo. Entretanto, se algum modelo a representar, a σp deverá ser uma função da densidade e conteúdo de água do solo, mantidas constantes outras propriedades. O objetivo deste trabalho foi conhecer a variabilidade na pressão de preconsolidação provocada por diferentes modelos e opções de ajuste desses modelos à curva de compressão e avaliar a relação da pressão de preconsolidação com a densidade do solo (Ds), conteúdo volumétrico de água (θ) e macroporosidade do solo (Ma). Para isso, foi realizado o ensaio de compressão uniaxial para 300 amostras provenientes de um Latossolo Vermelho Distroférrico típico, com textura argilosa, com ampla variação Ds e θ. A pressão de preconsolidação foi determinada por meio estritamente matemático, a partir do ajuste de dez modelos, onde sete deles consistiram em variações do modelo de van Genuchten (1980) e os demais foram propostos por Friton (2001), Assouline (2002) e Gregory et al. (2006). Os modelos propostos por Gregory e Friton possibilitaram a obtenção da σp para apenas 62 e 56 % das curvas, respectivamente, já as variações do modelo de van Genuchten viabilizam o cálculo da σp para no mínimo 90 % das curvas. Em três das variações do modelo de van Genuchten, foi possível obter a σp em 100% das curvas. A variação da σp produzida pelas diferentes opções de descrição da curva de compressão compromete o significado físico da σp para representar a capacidade de suporte de carga do solo. Da mesma forma, Ds, θ e Ma, mesmo que influenciem a capacidade de suporte de carga do solo, não explicaram mais que 58% da variação da σp produzida com o uso de diferentes modelos. Com os critérios utilizados, não é possível eleger um modelo em relação aos demais que possibilite estimar de maneira mais adequada, através da σp, a capacidade de suporte de carga do solo, o que limita o uso desse parâmetro como um indicador para o manejo dos solos agrícolas. Diante desse resultado, foi investigado se a porcentagem de deformação da amostra em função das cargas aplicadas estaria melhor relacionada com Ds, θ e Ma. Considerou-se um limite de deformação prudente do ponto vista físico, aquela deformação onde a Ma permaneça maior que 10%. O uso do limite de manutenção de 80 % do índice de vazios inicial (Mεi) desloca as deformações para a região plástica das curvas de todas as faixas de densidade e, por isso, não pode ser utilizado para solos com estrutura mais comprometida pela compactação. A carga para atingir determinada porcentagem de Mεi é melhor explicada pela variação da Ds e θ. As funções de pedotransferência da carga para a Mεi entre 85 e 87,5% resultaram em maiores coeficientes de determinação (0,74), havendo potencial da utilização destes valores como limites críticos de manutenção da porosidade sem haver degradação da qualidade física do solo.

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

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

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

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

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