Seguindo a linha de pesquisa de novos materiais geotécnicos, na busca por soluções técnicas a partir do uso de materiais alternativos, o presente estudo avaliou sob enfoque geotécnico o comportamento do resíduo de uma fábrica recicladora de papel localizada no estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O objetivo do trabalho consistiu em caracterizar o resíduo e identificar suas propriedades no que se refere ao seu desempenho mecânico e hidráulico, a partir de um programa de ensaios de laboratório. O resíduo in natura possui uma umidade de 256 %, sendo composto de matéria orgânica (de 40 a 45 %), cargas minerais (principalmente caulinita e calcita) e água. As análises para a determinação dos parâmetros de deformabilidade, resistência e condutividade hidráulica foram feitas utilizando-se como variável os valores de umidade de aproximadamente 190, 160 e 130 %. Os parâmetros de compressibilidade unidimensional das amostras do resíduo não apresentaram variabilidade significativa com a variação da umidade de moldagem, obtendo-se valores médios elevados para os índices de compressão (Cc) e descarregamento (Cd) e para os coeficientes de adensamento (Cv), indicativos da alta compressibilidade característica do material. Para a determinação dos parâmetros de resistência do material foram realizados ensaios triaxiais nãodrenados. O ângulo de atrito interno obtido foi de ф’= 53,5°. Durante os ensaios triaxiais foram realizadas medições da condutividade hidráulica antes da fase de cisalhamento das amostras. Os coeficientes de condutividade hidráulica, medidos na fase pré-cisalhamento, atingiram valores da ordem de 10-9 m/s. A capacidade de atingir baixos valores de condutividade hidráulica é uma característica relevante do comportamento deste material e indica a possibilidade de ser utilizado como um material geotécnico alternativo em substituição aos materiais convencionais utilizados em coberturas impermeáveis de aterros (cover liners). / Following the line of research of new geotechnical materials, aiming new technical solutions using alternative materials, the present research evaluated, under geotechnical understanding, the behavior of the waste sludge from a paper recycling plant in Rio Grande do Sul, Brazil. The objective of this research aimed the characterization and the identification of the waste properties – mechanical and hydraulic performance, through laboratory tests. The natural waste has 256% of water content, and is composed by organic matter (ranging from 40 to 45 %), mineral charges (mainly Kaolinite and Calcite) and water. The tests for the determination of deformability, strength and hydraulic conductivity parameters were carried out under 190%, 160% and 130 % of water content. The one-dimensional compressibility parameters of the waste sludge did not show a significant variability with the variation of the molding water content, where the average values were high for the compression (Cc) and swelling (Cd) coefficients as well as for the consolidation coefficient (Cv), which can be considered as an indicative of high compressibility (characteristic of the material). For the determination of the strength parameters of the material, it was carried out undrained triaxial tests. The internal friction angle was ф’= 53,5°. During the triaxial tests, measurements of hydraulic conductivity were performed, previously shearing. The hydraulic conductivity coefficients measured during the pre-shearing phase, reached values around 10-9 m/s. The capacity for reaching low values of hydraulic conductivity is a considerable characteristic of the behavior of this material, what shows the possibility of its use as an alternative geotechnical material substituting the conventional materials used as cover liners

A presente dissertação apresenta um estudo experimental e de simulação de fluxo de água investigando os efeitos de chuvas torrenciais sobre o solo existente em um talude da região de São Vendelino. Para este estudo foi selecionada uma encosta na qual houve duas ocorrências de rupturas rasas que deram origem a corridas de detritos num evento importante que ocorreu no local em dezembro de 2000. Ao longo da cicatriz deixada por uma delas, foram realizados ensaios de caracterização e determinadas as propriedades hidráulicas do solo a partir de ensaios de campo e de laboratório. Os ensaios de campo compreenderam ensaios com o permeâmetro de Guelph, ensaios com piezômetros de tubo aberto e infiltrômetro de anel duplo. Em laboratório foram realizados ensaios utilizando dois diferentes permeâmetros de parede flexível. Foi feita também a determinação da curva característica do solo através do método do papel-filtro. A partir das propriedades hidráulicas do solo, da geometria do talude e espessura dos materiais, obtidas a partir de topografia, foram realizadas análises de fluxo utilizando o programa Seep/W simulando a precipitação medida de 148 mm/2 h que deflagrou as corridas de detritos de dezembro de 2000. As análises mostraram que, como o solo coluvionar tem uma condutividade hidráulica bastante elevada, ocorre a infiltração de toda a chuva ocorrida. As análises de fluxo mostraram uma elevação progressiva do nível freático com o tempo, o qual atinge a superfície do terreno no trecho crítico do talude (trecho de maior inclinação) após cerca de 95 minutos de precipitação. Análises de estabilidade simplificadas (talude infinito) mostram fatores de segurança próximos da unidade com o nível freático em 80% da camada de solo coluvionar, considerando o trecho mais íngreme do talude. Embora com algumas simplificações de análise, estes resultados mostram que as análises de fluxo e de ruptura, utilizando dados reais medidos em campo, são muito promissores pois conseguem modelar de forma adequada a ruptura ocorrida (FS=1,0). / This dissertation presents an experimental study and a simulation of hydraulic flow in a slope at São Vendelino region, to investigate the effects of torrential rains on the existing soil. A natural slope was selected in which two shallow slope failures had occurred in December 2000 during a serious debris flow event. Soil characterization tests and hydraulic properties have been determined in the laboratory on soil samples taken close to one of the scars left by the failures. The field tests involved Guelph permeameter, stand pipe piezometers and doublering infiltrometer tests. Tests on two different flexible wall permeameter tests and the determination of the moisture-suction characteristic curve have also been carried out in the laboratory. Using the measured soil hydraulic properties, the slope geometry and soil covering depths obtained through topography, some hydraulic flow analyses have been carried out. The SEEP/W software was used and the measured precipitation of 148mm/ 2h, which caused the debris flow event of December 2000, was simulated. The analyses have shown that all the precipitation can infiltrate, as the soil has a large hydraulic conductivity, and there is a progressive rising of the phreatic line with time. This level of water reaches the soil surface in the critical length of the slope (the length with the larger inclination) after 95 min of rain. Simplified slope stability analysis (infinite slopes) had shown values of safety factors close to one in the critical length of the slope when the phreatic line is at 80% depth of the colluvium soil. Although there are some simplifications in the analysis, these results show that the flow and the stability analyses using the real data collected from field tests modeled in an appropriate way the real failure (FS~1,0).

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-02-07T17:58:29Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1923087 bytes, checksum: e5b814c431e57c85ed8aea99289998c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T17:58:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1923087 bytes, checksum: e5b814c431e57c85ed8aea99289998c6 (MD5) Previous issue date: 2002-03-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A infiltração de água no solo é um dos principais fenômenos componentes do ciclo hidrológico, pois é um dos fatores que determinam a disponibilização de água para as culturas, a recarga dos aqüíferos subterrâneos, a ocorrência e magnitude do escoamento superficial e o manejo do solo e da água. O modelo de Green-Ampt é um dos mais utilizados na previsão da infiltração por se basear em aspectos físicos do processo, entretanto diversos autores alertam para a necessidade de adequação dos parâmetros de entrada deste modelo para as condições de campo. Como este modelo foi desenvolvido para solos homogêneos faz-se necessário a realização de estudos deste em solos estratificados, principalmente para solos típicos de regiões de clima tropical. Neste trabalho, procurou-se avaliar o modelo de Green-Ampt, assim como as diversas proposições de correção dos seus parâmetros de entrada (umidade de saturação, θ s ; condutividade hidráulica do solo saturado, K 0 ; e, potencial matricial na frente de umedecimento, ψ), aplicado a um típico solo brasileiro sob condições de estratificação de sua textura, o Latossolo Vermelho-Amarelo. Foram conduzidos dois experimentos, um utilizando colunas e outro uma caixa de solo, dentro dos quais compactou-se material de solo pertencente a cada um dos três horizontes do Latossolo Vermelho- Amarelo (A, B e C). Determinou-se a infiltração acumulada (I), taxa de infiltração (Ti), bem como as características físicas do perfil necessárias para a aplicação do modelo de Green-Ampt. Verificou-se que o valor de umidade de saturação de campo (θ w ) que melhor simulou os valores medidos de infiltração quando não se considera θ w variável com a textura do solo variou entre 0,81 θ s (caixa de solo) e 0,86 θ s (colunas de solos). Quando se considera, para a caixa de solo, θ w variável com a textura, os melhores valores foram de 0,79 θ s para o material de solo de textura argilosa (horizontes A e B) e 0,86 θ s para o material de solo de textura franca (horizonte C). Utilizando-se estes valores nas simulações de Ti, I e profundidade da frente de umedecimento, percebeu-se que a textura do solo exerce grande influência no valor de θ w , pois todas as simulações foram melhores quando se considerou a variação deste parâmetro de acordo com a granulometria do material de solo. Utilizando-se, nas simulações, combinações entre seis metodologias para o cálculo de ψ e três para a determinação da condutividade hidráulica, percebeu-se que três diferentes combinações simularam bem a infiltração ocorrida nas colunas (condição de baixa umidade inicial) e que quatro diferentes combinações simularam bem o processo de infiltração ocorrido na caixa de solo (condição de alta umidade inicial). Para a condição de baixa umidade inicial (colunas de solo), as proposições que melhor simularam a infiltração foram: K w igual a 0,5 K 0 associada a ψ igual a ψ (θ i ); K w igual a K 0 associada a ψ igual à média entre ψ (θ w ) e ψ (θ i ) e; K w igual à taxa de infiltração estável (T ie ) associada a ψ calculado com base na textura e porosidade do solo. Já para a condição de alta umidade inicial (caixa de solo), estas proposições foram: condutividade hidráulica (K w ) igual a 0,5 K 0 associada ao potencial matricial na frente de umedecimento (ψ) igual a ψ (θ i ); K w igual à T ie associada a ψ igual à média entre ψ (θ w ) e ψ (θ i ); K w igual a K 0 associada a ψ calculado com base na textura e porosidade do solo e; K w igual à T ie associada a ψ calculado com base na textura e porosidade do solo. Duas das combinações foram exatamente as mesmas tanto para a condição de alta, quanto de baixa umidade inicial. O modelo de Green-Ampt simulou melhor o processo de infiltração da água no Latossolo Vermelho- Amarelo estratificado quando este apresentou menor variação na condutividade hidráulica ao longo do perfil. / Soil water infiltration is one of the most important components of the hydrological cycle because it is one of the factors that determines the water that will be avaible for the cultures, the recharge of the underground aquifers, the occurrence and magnitude of the surface runoff and the handling of soil and water. The Green-Ampt model is one of the most used in the prediction of infiltration because it’s based in the physical aspects of the process, however several authors alerts for the need of some adaptation in the model’s input parameters for field conditions. As the Green and Ampt model was developed for homogeneous soils it’s necessary the accomplishment of studies in stratified soils, mainly for typical soils of tropical climate areas. In this work, it was tried to evaluate the Green-Ampt model, as well as several propositions of correction of its entrance parameters (saturation moisture, θ s ; saturated hydraulic conductivity, K 0 ; and, matric potential in the wetting front, ψ), applied to a typical Brazilian soil under stratified conditions, the Red-Yellow Latosol. Two experiments were led, one using soil columns and other using a soil box, were soil material belonging to each one of the three horizons (A, B and C) of the studied soil was compacted. The accumulated infiltration (I) was determined, as well as the infiltration rate (Ti) and the physical characteristics of the profile that were needed for the application of the Green-Ampt model. It was verified that the value of field saturation moisture (θ w ) that best fitted experimental data when it’s not considered θ w variable with the texture of the soil varied among 0,81 θ s (soil box) and 0,86 θ s (soil columns). For the soil box, when was considered that θ w was variable with the texture, the best values were 0,79 θ s for the material of soil of clay texture (horizons A and B) and 0,86 θ s for the material of soil of sandy loam texture (horizon C). Using these values in the Ti, I and wetting front depth simulations, it was noticed that the soil texture exercises great influence in the value of θ w , because all the simulations were better when it was considered the variation of this parameter in agreement with the soil material texture. Using, in the simulations, combinations among six methodologies for the ψ calculation and three for the hydraulic conductivity determination, it was noticed that three different combinations simulated well the infiltration that happened in the columns (condition of low initial moisture) and that four different combinations simulated well the infiltration process that happened in the soil box (condition of high initial moisture). For the condition of low initial moisture (soil columns), the propositions that best simulated the infiltration process were: hydraulic conductivity (K w ) equals to 0,5 K 0 associated with ψ equals to ψ (θ i ); K w equals to K 0 associated to ψ equals to the average among ψ (θ w ) and ψ (θ i ) and; K w equals to the stable infiltration rate (T ie ) associated to ψ calculated with base in soil texture and soil porosity. For the high initial moisture condition (soil box), these propositions were: hydraulic conductivity (K w ) equals to 0,5 K 0 associated with ψ equals to ψ (θ i ); K w equals to T ie associated to ψ equal to the average among ψ (θ w ) and ψ (θ i ); K w equals to K 0 associated to ψ calculated with base in soil texture and soil porosity and; K w equals to T ie associated to ψ equal to calculated with base in soil texture and soil porosity. Two of the combinations were exactly the same for both of the experiments. The Green-Ampt model simulated better the water infiltration process when the soil profile presented lower variation in the hydraulic conductivity. / Dissertação importada do Alexandria

ALMEIDA, Cícero Lima de. Relações solo-planta-atmosfera em caatinga preservada: o caso da bacia experimental de aiuaba. 2016. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Anderson Silva Pereira (anderson.pereiraaa@gmail.com) on 2017-01-19T21:08:50Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_clalmeida.pdf: 2359416 bytes, checksum: 0a72127062c18659749017f15e9fe847 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-23T20:25:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_clalmeida.pdf: 2359416 bytes, checksum: 0a72127062c18659749017f15e9fe847 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-23T20:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_clalmeida.pdf: 2359416 bytes, checksum: 0a72127062c18659749017f15e9fe847 (MD5) Previous issue date: 2016 / The hydrological balance of a basin is (directly or indirectly) influenced by several factors. The root-system is a factor that has influence over infiltration and surface runoff. However, those interactions are complex and notoriously difficult to observe. Therefore, the objective of this study is to evaluate the influence of root system dynamics on the soil hydraulic properties and associate them with the leaf area index (LAI). Tracing such a connection will make possible to monitor the spatial-temporal changes in the soil hydraulic properties by means of Spectral Vegetation Indexes (SVIs). This study was developed at the Aiuaba Experimental Basin (BEA), a 12 km2 area of preserved arboreal shrub Caatinga, where there are three soil-vegetation associations (SVA). The study was divided into three stages. First, we assessed the main characteristics of the root system and its effect on the saturated hydraulic conductivity of the soil, soil density and total porosity for wet and dry seasons during a hydrological year. In the second part of the research, we investigated the Leaf Area Index (LAI) of the Caatinga vegetation and its correlation with environmental variables (precipitation, evapotranspiration, soil moisture) and spectral vegetation indexes for two years (2014-2015). In the third stage, we studied the connection between soil variables and surface variables, with the objective of monitoring changes in hydrological soil parameters (saturated hydraulic conductivity, porosity and root system variables) with the LAI, as well as with the Spectral Vegetation Indexes. The performed research indicated that the specific root length in the Caatinga is reduced in the dry season relatively to the rainy season. The LAI in the preserved arboreal shrub Caatinga had an average value of 3.7 m² m-2; ranging from zero to 4.7 m² m-2; and its temporal decay rate was the same (-0.021 m² m-2 day-1) in the dry season on the two years of the study. The LAI correlated positively with all environmental variables analyzed, particularly with the average soil moisture of the previous 45 days. All SVI showed a strong correlation to LAI, mainly NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Therefore, the LAI can be monitored by the environmental variables considered in this Thesis; and its spatial variability can be monitored through SVIs. The seasonal dynamics of the plant stem are associated directly to the root system dynamics. Consequently, the LAI can be used to assess the dynamic root status in the Caatinga biome. In the dry season, the soil permeability is higher than in the wet season, which supports the hypothesis that there is macropore formation during the dry season. The macropores contribute to the increase of water availability in the root zone during this period of the year. This observation agrees with the fact – observed in situ – of the vegetation remaining dormant even with soil moisture at the effective root depth being practically equal to residual moisture during half the year / O balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica é influenciado por diversos fatores que atuam de forma direta ou indireta. Entre os fatores o sistema radicular tem influência sobre a infiltração e o escoamento superficial, no entanto seu estudo é complexo e laborioso. Diante disso, o estudo tem por objetivo principal avaliar a influência da dinâmica radicular sobre as propriedades hidráulicas do solo e associá-las com o índice de área foliar da vegetação (IAF). A partir de uma eventual relação dessa natureza, será possível monitorar as mudanças temporais e espaciais nas propriedades hidráulicas do solo por meio de índices de vegetação espectrais (IVEs). O estudo foi desenvolvido na Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), área de Caatinga arbustiva arbórea preservada (12 km²), onde há três associações de solo-vegetação (ASV). Para se chegar ao objetivo, o estudo foi dividido em três partes. Inicialmente avaliaram-se as principais características do sistema radicular e seu efeito sobre a condutividade hidráulica saturada do solo, a densidade do solo e a porosidade total para as estações úmida e seca durante um ano hidrológico. A segunda parte investigou o índice de área foliar e sua correlação com variáveis ambientais (precipitação, evapotranspiração e umidade do solo) e com os índices de vegetação espectrais durante dois anos (2014 – 2015). Ao final, buscou-se compreender a relação entre as variáveis do solo com as de superfície, com o objetivo de se monitorar as alterações nos parâmetros hídricos do solo (condutividade hidráulica saturada, porosidade e variáveis do sistema radicular) com o índice de área foliar, bem como com os índices de vegetação espectrais. A investigação realizada indicou que o comprimento radicular específico da Caatinga reduz-se na estação seca em relação à estação chuvosa. O índice de área foliar na Caatinga arbustiva arbórea preservada apresentou valor médio de 3,7 m² m-²; variando de zero a 4,7 m² m-²; e sua taxa de decaimento temporal foi a mesma (-0,021 m² m-² dia-¹) para a estação seca nos dois anos de estudo. O IAF correlacionou-se positivamente com todas as variáveis ambientais analisadas, particularmente com a umidade média do solo dos 45 dias antecedentes. Todos os IVEs apresentaram boa relação com IAF, principalmente NDVI. Portanto, o IAF pode ser monitorado pelas variáveis ambientais consideradas nesta tese; e sua variabilidade espacial pode ser monitorada por meio dos IVEs. A dinâmica sazonal da parte aérea das plantas está associada diretamente à dinâmica do sistema radicular. Portanto, o IAF pode ser usado para avaliar o estado das raízes. Na estação seca, a permeabilidade do solo é maior que na estação úmida, o que reforça a hipótese de que haja formação de macroporos no estio. Os macroporos contribuem com o aumento da disponibilidade hídrica na zona radicular durante o período seco. Essa observação está de acordo com o fato – observado in situ – de a vegetação se manter em dormência mesmo quando a umidade na profundidade efetiva das raízes é praticamente igual à umidade residual durante metade do ano

TAVARES, P. R. L. Modelagem computacional e calibração da condutividade hidráulica horizontal em aqüífero da Bacia Sedimentar do Araripe utilizando o método iterativo do gradiente hidráulico. 2010. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-28T16:29:59Z No. of bitstreams: 1 2010_tese_prltavares.pdf: 5330568 bytes, checksum: af74a06851c7c6c3e7520e41ae7c1b0e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-27T18:33:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_tese_prltavares.pdf: 5330568 bytes, checksum: af74a06851c7c6c3e7520e41ae7c1b0e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-27T18:33:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_tese_prltavares.pdf: 5330568 bytes, checksum: af74a06851c7c6c3e7520e41ae7c1b0e (MD5) Previous issue date: 2010-02-23 / The process of calibration of hydrodynamic parameters represents an important part in computer modeling; its general approach consists of minimizing an objective function expressed by the difference between observed and simulated hydraulics heads. Guo and Zhang, in the decade of 90 and Schuster and Araújo (2004)proposed an alternative process for estimating the parameters, through the minimization of the difference between observed and simulated hydraulic gradients and denominated Iterative Method of the Hydraulic Gradient (IMHG). The generation of the matrix of observed heads has decisive function in the success of the calibration process. In the traditional approach, the observed matrix is obtained using a mathematical interpolation. This work intends to investigate the generation of the observed head matrix, using the simulation process itself, fixing, in the model, the points where the heads are known. Normally, great manual efforts were noticed in the attempt of integrating the simulating software (PMWIN) and the (IMHG), therefore, all calibration methodology was automatically implemented and a computer code was developed, denominated UFC-MIGH. Geoprocessing techniques were added to the calibration process in order to simplify the generation of the input matrix of the model. For the application of the proposed methodology, the horizontal hydraulic conductivities of two hypothetical examples and a real case were used. The real case consisted of a portion of the aquifer of the Sedimentary Basin of Araripe,including the total urban area of the municipal district of Crato. In all of the simulated cases, the results them IMHG, demonstrated smaller errors than the traditional methodology, implemented in the software PEST. Thus, IMHG demonstrated larger flexibility, showing superior effectiveness in problems with or without the zoning of the hydraulic conductivities. The new methodology of generation of observed heads matrix is much more hydrogeological consistent than using just mathematical interpolation. This new methodology takes into account singularities of the model, as rivers, wells and impermeable outlines. Finally, as important final products, present in the thesis, the map of horizontal hydraulic conductivity and the contour map of the hydraulic heads of the area where the methodology was applied / O processo de calibração de parâmetros hidrodinâmicos representa parte importante dos modelos e sua abordagem geral consiste em minimizar uma função objetivo expressa pela diferença entre as cargas hidráulicas observadas e calculadas. Guo e Zhang, na década de 90 e, depois, Schuster e Araújo (2004) propuseram um processo alternativo para estimação dos parâmetros, através da minimização da diferença entre os gradientes hidráulicos observados e calculados e denominado Método Iterativo do Gradiente Hidráulico (MIGH). A geração da matriz de cargas observadas tem função determinante no sucesso do processo de calibração. Na abordagem tradicional, a matriz observada é constituída por meio de um processo de interpolação. Este trabalho propõe-se a investigar a geração da matriz observada, utilizando o próprio processo de simulação, fixando, no modelo, os pontos de cargas aferidas em campo. Perceberam-se, ainda, grandes esforços manuais na busca de integrar o software simulador (PMWIN) e o calibrador (MIGH); neste sentido, toda a metodologia de calibração foi implementada e automatizada no programa computacional desenvolvido na pesquisa, denominado UFC-MIGH. Acrescido ao processo de calibração, foram investigadas técnicas de geoprocessamento através de um Sistema de Informações Geográficas (SIG), para simplificar a geração das matrizes de entrada do modelo. Para aplicação da metodologia proposta, foram calibradas as condutividades hidráulicas horizontais de dois exemplos hipotéticos e um caso real, referente a uma porção do aqüífero da Bacia Sedimentar do Araripe, abrangendo a totalidade da área urbana do município do Crato. Em todos os casos simulados, os resultados com o emprego do MIGH, demonstraram erros menores, confirmados através dos critérios de convergência e comparados à metodologia tradicional, implementada no software PEST. Dessa forma, o MIGH demonstra maior flexibilidade, mostrando eficácia superior em problemas com ou sem o zoneamento das condutividades hidráulicas. Além disso, a nova metodologia de geração das matrizes de cargas observadas garante resultados hidrogeologicamente mais consistentes, comparada à utilização da interpolação, que não contempla singularidades do modelo, como rios, poços de bombeamento e contornos impermeáveis. Por fim, como importantes produtos finais, estão presentes no trabalho, o mapa de condutividade hidráulica horizontal e o mapa potenciométrico da Área-Crato

CARVALHO. Ellen Cristina Dantas de. A arquitetura hidráulica explica a ocorrência e a abundância de lianas em ambientes semiáridos? 2014. 77 f. Tese (Doutorado em ecologia e recursos naturais)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-05-27T18:28:59Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_ecdcarvalho.pdf: 2644004 bytes, checksum: 05d48fc146c39e963112755af7d9a5a7 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-05-27T21:01:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_ecdcarvalho.pdf: 2644004 bytes, checksum: 05d48fc146c39e963112755af7d9a5a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-27T21:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_ecdcarvalho.pdf: 2644004 bytes, checksum: 05d48fc146c39e963112755af7d9a5a7 (MD5) Previous issue date: 2014 / The success of lianas in seasonally dry tropical forests is explained by a competitive advantage over other growth forms. Lianas have efficient hydraulic system, with wide and long vessels, and deep roots that can absorb water from the deeper layers of the soil, ensuring carbon fixation and maintenance of high growth rates during the dry season. In semiarid environments, the occurrence and abundance of lianas are smaller and can be considered the dry extreme distribution of this growth form. We believe the efficient hydraulic system of lianas is quite vulnerable to cavitation induced-drought in arid and semiarid environments, which would decrease the competitiveness. However, empirical evidence to support this idea are remarkably scarce. Our main goal was to analyze if the physical and physiological characteristics of the hydraulic system, leaf dynamics and leaf water relations, may explain the occurrence and abundance of lianas in semiarid environments. In Chapter 1, we analyzed the hydraulic architecture of xylem along the continuum root-stem-branches three congener’s lianas occurring with contrasting abundances in two semiarid areas with differences in the structural characteristics of the soil and vapor pressure deficit of the air (VPDair). We measured the wood density (WD), the cross-sectional area occupied by parenchyma (AP), fiber (AF) and vessels (AV), vessel density (N), average vessel diameter (d) and maximum (dmax), pit diameter in the vessel walls (dpit), pits density (Npit), the hydraulic diameter (Dh) and potentially hydraulic conductivity (Kp) in branches, stems and roots. We show that lianas presented two hydraulic safety zones, one in the roots and the other in the branches, different from usually described for trees with a hydraulic safety is growing from the roots to the branches. Our results indicated that the decrease in Kp and an increase in the safety of the hydraulic branches and roots demonstrated a functional convergence of the three species. In Chapter 2, we compared root system depth, leaf dynamics, seasonal leaf water potential (Ψleaf), and cavitation resistance (P50) between species, key features that are used to explain the pattern of distribution and abundance of lianas. Our results are contrasting with the commonly described for lianas. In summary, we observed that all species had shallow roots, high variation in leaf water potential at dawn (Ψpredawn) between the rainy and dry seasons, leaf deciduousness in response to soil water stress and VPDair and greater drought resistance (P50). The greatest resistance to cavitation and leaf deciduousness increase resistance to drought in lianas, but limit carbon fixation to the rainy season. Once your roots are shallow, and leaf deciduousness prevents carbon gain and growth during the dry season, the main competitive advantage over other trees in seasonal environments, the abundance of lianas should be less. / O sucesso de lianas em florestas tropicais sazonalmente secas é explicado por uma vantagem competitiva em relação às demais formas de crescimento. Lianas possuem sistema hidráulico eficiente, com vasos largos e compridos, e raízes profundas que conseguem absorver água das camadas mais profundas do solo, garantindo a fixação de carbono e a manutenção de altas taxas de crescimento durante o período seco. Em ambientes semiáridos, a ocorrência e a abundância de lianas são menores, podendo ser considerado o extremo seco de distribuição dessa forma de crescimento. Nós acreditamos que o sistema hidráulico eficiente de lianas é bastante vulnerável a cavitação induzida por seca em ambientes áridos e semiáridos, o que diminuiria a capacidade competitiva. Entretanto, evidências empíricas que suportem essa ideia são marcadamente escassas. Nosso principal objetivo foi analisar se as características morfofisiológicas do sistema hidráulico, a dinâmica foliar e as relações hídricas foliares podem explicar a ocorrência e a abundância de lianas em ambientes semiáridos. No capítulo 1, analisamos a arquitetura hidráulica do xilema ao longo do contínuo raiz-caule-ramos de três lianas congêneres que ocorrem com abundâncias contrastantes em duas áreas semiáridas com diferenças nas características estruturais dos solos e no déficit de pressão de vapor do ar (VPDar). Mensuramos a densidade da madeira (DM), área da secção transversal ocupada por parênquima (AP), fibras (AF) e vasos (AV), densidade de vasos (N), diâmetro médio (d) e máximo (dmáx) dos vasos, diâmetro das pontoações das paredes dos vasos (dpit), densidade de pontoações (Npit), diâmetro hidráulico (Dh) e condutividade hidráulica potencial (Kp) em ramos, caule e raiz. Evidenciamos que as lianas apresentaram duas zonas de segurança hidráulica, uma nas raízes e outra nos ramos, diferindo do usualmente descrito para árvores cuja segurança hidráulica é crescente das raízes aos ramos. Nossos resultados indicaram que a diminuição da Kp e o aumento da segurança hidráulica nos ramos e raízes demonstraram haver convergência funcional entre as três espécies. No capítulo 2, comparamos a profundidade do sistema radicular, a dinâmica foliar, o potencial hídrico foliar sazonal (Ψleaf) e a resistência à cavitação (P50) entre as espécies, principais características que são utilizadas para explicar o padrão de distribuição e abundância de lianas. Os nossos resultados são contrastantes com o comumente descrito para lianas. Em síntese, evidenciamos que, todas as espécies, apresentaram raízes superficiais, alta variação no potencial hídrico foliar na madrugada (Ψpredawn) entre os períodos chuvosos e seco, deciduidade foliar em resposta ao estresse hídrico do solo e ao VPDar e maior resistência à seca (P50). A maior resistência à cavitação e a deciduidade foliar aumentam a resistência à seca nas lianas, porém limitam a fixação de carbono ao período chuvoso. Uma vez que suas raízes são superficiais, e a deciduidade foliar impede o ganho de carbono e o crescimento durante o período seco, principal vantagem competitiva em relação às árvores em outros ambientes sazonais, a abundância de lianas deve ser menor.

Não são raros os casos onde os locais escolhidos para a implantação de determinadas obras não apresentam condições adequadas ou desejadas do ponto de vista geotécnico. Diversas metodologias foram criadas para enfrentar tal problema, seja por substituição de material, realocação da obra, uso de soluções estruturais, melhoria do material, etc. A melhoria de solos utilizando repetições de queda livre de um peso a determinada altura com o intuito de compactar o solo é uma das técnicas mais básicas e antigas que se tem relato. Esse procedimento, quando utilizadas grandes massas e alturas, é conhecido como Compactação Dinâmica. O estudo dessa prática no Brasil é extremamente raro, visto que não é atualmente praticada, apesar da sua ampla utilização mundial. A fim de se conhecer e estudar o comportamento, em termos de resistência e condutividade hidráulica, de solo residual do Estado do Rio Grande do Sul (RS) quando utilizada a Compactação Dinâmica, foi proposto um estudo, em escala real, com o objetivo de avaliar as possíveis melhorias no campo experimental da Universidade de Passo Fundo, na cidade de Passo Fundo – RS. O solo encontrado na região de Passo Fundo possui características interessantes para o estudo da compactação dinâmica, como alto teor de argila, altos índices de vazios e leve cimentação natural. No presente trabalho, foi realizada a compactação dinâmica de campo com massas de 5,5 t e 10,0 t, com alturas de queda de 1,5 a 3,0 m. Nos cinco ensaios realizados, foram feitas medidas do afundamento após cada golpe, bem como coletadas amostras do fundo das crateras. A profundidade estimada de melhoria abaixo do fundo da cratera, de acordo com o modelo de densificação indicado, é de cerca de 3,30 m. Nos ensaios de laboratório realizados nas amostras indeformadas coletadas (natural e pós-compactação), percebeu-se uma redução de duas ordens de grandeza na condutividade hidráulica, passando de 10-5 para 10-7 m/s. Nos ensaios triaxiais, verificou-se aumento da resistência, com ângulo de atrito passando de 26,6o para 35,3o, sem alteração do intercepto coesivo (aproximadamente 14 kPa). Por fim, realizados ensaios oedométricos, pode-se notar que a tensão de plastificação aumentou de 70 para 300 kPa, com mudança significativa do comportamento do material. / Are not rare the situations where the site chosen to build structures does not present good geotechnical soil conditions. Many techniques have been created to deal with this issue, replacing the original soil, change the site, using structural solutions, improving the existing soil, etc. Improving the existing soil using a free falling weight dropped at determined height with the objective to densify the soils is one of the oldest and basic techniques known. Such procedure, when using really heavy masses and high dropping elevations is called Dynamic Compaction (also called Heavy Tamping). The study of this technique in Brazil is extremely rare, since it is not used in the current practice, although it has wide use in the world. With the objective of understanding and studying the behavior, in terms of resistance and permeability, of a residual soil of Passo Fundo (RS) when compacted using Dynamic Compaction, a field and laboratory investigation was proposed. An experimental field, located in the city of Passo Fundo (RS) was the site chosen to execute the proposed study. The soil founded there has some interesting characteristics to the dynamic compaction study, such as high content of clay, a high void ratio and a bonded structure. In the present study, the Dynamic Compaction was executed using steel blocks with 5,5 and 10,0 t. The dropping heights used were 1.5 and 3.0 meters. In the 5 points where the technique was tested, measurements of the displacements where made after each drop of the mass. Undisturbed samples were collected in the bottom of the crater after finished the compaction. The depth of the densified soil, below the crater was estimated at about 3,30 m. According to laboratory tests, a strong reduction of the permeability was observed, from 10-5 to 10-7 m/s. In the triaxials test, the soil showed an increase in strength. The friction angle changed from 26.6º to 35.5º, while the cohesion intercept did not change (approximately 14 kPa). According to oedometric tests, the plastification pressure increased from 70 to 300 kPa, with a change in the behavior of the material.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study of hydraulic conductivity of soil is an important stage in the geotecnical investigations, aiming at the use of compacted soils as impermeabilizing mineral layers, for the base and cover of sanitary land-fill sites. This paper presents the study of hydraulic conductivity (k) of natural and compacted soils of the Santa Maria region, in the area called Caturrita which was chosen for the future installation of the sanitary land-fill of this city, localized near the current solid waste disposal site of Santa Maria (Robaina, 2002). In this place a detailed geological-geotecnical investigation was undertaken. The objective of this investigation was the identification, classification and characterization of the soils of seventeen drilling profiles (P1 to P17) distributed in the area of study; the majority were executed with a manual boring-tool, of which samples were collected for laboratory tests. For all profiles characterization tests were performed (Atterberg limits, granulometric analysis, density of grains). In one typical profile (P1) complementary tests were made such as, chemical tests, X-ray diffraction, compaction and hydraulic conductivity tests with of rigid and flexible walls permeameters. For this study of hydraulic conductivity a flexible wall permeameter with a simplified triaxial chamber was assembled similar to that of Bjerrum and Huder (1957). In situ tests were performed of the following type: infiltration hole, ring infiltrometer, and piezometer, which evaluated the characteristics of soil in its natural condition. Through the investigations two layers (layers 1 and 2) were identified in this area. Layers 1 are more superficial, and constituted of horizon A and finally horizon B. In the lower layer 2 (horizon C), with a reddish colour, the soil shows characteristics of alteration of sedimentary rocks. The results of in situ tests k show similar values between each other, because the infiltration tests have values of k in the order of 10-5 m/s, in the same order of magnitude as the results with piezometer in layer 1. The values of k of layer 2 were in the order of 10-7 and 10-8 m/s in the natural state. The compacted samples had values of k in the order 10-9 and 10-10 m/s. The results of k in the flexible wall permeameter were higher for undisturbed samples, and compacted samples resulted in values in the order of 10-9 m/s. Values of k of this order are indicated as natural impermeabilizing barriers in sanitary land-fills. / O estudo da condutividade hidráulica de solos é uma etapa importante nas investigações geotécnicas, visando a utilização de solos compactados como camadas impermeabilizantes minerais, para base e revestimento de cobertura de aterros sanitários. Este trabalho apresenta o estudo da condutividade hidráulica (k) de solos naturais e compactados da região de Santa Maria, na área denominada Caturrita, a qual foi pré-selecionada como futura instalação do aterro sanitário desta cidade, localizada próximo ao atual local do depósito de resíduos sólidos de Santa Maria, o chamado lixão da Caturrita (Robaina, 2002). Neste local foi realizada uma investigação geológica-geotécnica detalhada. Esta investigação teve como objetivo a identificação, classificação e caracterização de solos através de 17 perfis (P1 a P17) de sondagem distribuídos na área do empreendimento, na maioria executados com trado manual, dos quais coletaram-se amostras para ensaios de laboratório. Em todos os perfis foram realizados ensaios de caracterização (limites de Atterberg, granulometria com e sem defloculante e peso específico real dos grãos). Em um perfil típico (P1) foram realizados ensaios complementares, tais como: ensaios químicos, difração de raios-X, ensaios de compactação e condutividade hidráulica com permeâmetro de parede flexível. Para o estudo da condutividade hidráulica foi montado para esta pesquisa o permeâmetro de parede flexível com câmara triaxial simplificada, similar ao proposto por Bjerrum e Huder (1957). In situ foram realizados ensaios do tipo: cava de infiltração, infiltrômetro de anel, e com a técnica do piezômetro, os quais avaliam as características do solo em condições naturais. Através das investigações foram identificadas na área duas camadas (camadas 1 e 2) para os perfis de solo, sendo que a camada 1 mais superficial é constituída por um horizonte A e eventualmente um horizonte B. Na camada 2 (horizonte C) mais inferior, com coloração avermelhada, possui características de alteração de rochas sedimentares. Os resultados dos ensaios k in situ apresentaram valores semelhantes entre si, sendo que o ensaio de infiltração teve valores na ordem de 10-5 m/s, na mesma ordem dos resultados com piezômetro na camada 1. A camada 2 os valores de k foram da ordem de 10-7 e 10-8 m/s no estado natural. Os corpos compactados tiveram valores de k na ordem 10-9 a 10-10 m/s. Os resultados de k em permeâmetro de parede flexível foram mais elevados para amostras indeformadas, e nos corpos de prova compactados resultaram valores na ordem de 10-9m/s. Valores de k desta ordem são indicados como barreiras naturais impermeabilizantes em aterros sanitários.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The urban environment diagnosis aims at subsidizing the districts in the decisionmaking in the presence of natural resources preservation. This study, specifically, analyze the urban environment aspect of the physical space. The area of this study is the Map of the Geotechnical Engineering Units according to Maciel Filho (1990) of Santa Maria, located in the Central Depression of the State of Rio Grande do Sul. The methodology of this research started with office studies by means of preexisting researchers; geoprocess tools application with the use of the software Spring 4.2 for the thematic maps and cartograms elaboration; identification and characterization of the geotechnical units carried out thereby laboratory assays and 20 assays of hydraulic conductivity (k) the field carried out using the method of excavated piezometer. The study of the aquifer natural vulnerability were accomplished based on GOD method according to Foster and Hirata (1988) and Foster et al. (2003) using data from 36 wells. The spacialization of the tubular wells and the hydraulic conductivity assays in the Map of the Geotechnical Engineering using the Universal Transverse Mercator/UTM coordinate system from Global Position System /GPS. The potentiometer surface was evaluated associated to the cartograms of vulnerability and the potential points of contamination by the use of SURFER 8.0 software adopting mathematical interpolator Kriging. The results shown that related to the characterization geotechnical coherent parameters with the descriptions of the study area and related to the assays of hydraulic conductivity in the field the range of variation was between 10-5 to 10-8 m/s, classifying the units since the high permeability (Gravitational and Fluvial Deposits, Caturrita, Botucatu and Passo das Tropas formations) to the low permeability (Santa Maria Formation, Alemoa Member). For the vulnerability natural index from the aquifers 4 classes were obtained (negligible, low, moderate and high). From all wells analyzed 11 were classified from moderate to high vulnerability situated in the south and north from each geotechnical units of Santa Maria. The results also shown that were identified 35 fuel ranks, 06 cemeteries and 06 areas of garbage deposits. The majority of the potential sources of contamination are prompt and are inserted in sufficiently susceptible areas of ground and the aquifers pollution. The methodology was viable and gave supply to the physical space research. / O diagnóstico ambiental urbano visa subsidiar os municípios na tomada de decisão perante a preservação dos recursos naturais. Especificamente este trabalho estuda o aspecto ambiental urbano do meio físico. A área de estudo é a Carta das Unidades Geotécnicas de Maciel Filho (1990) do município de Santa Maria, localizado na Depressão Central do Estado do Rio Grande do Sul. A metodologia de pesquisa teve inicio com estudos de escritório através de pesquisas pré-existentes; da aplicação de ferramentas de geoprocessamento com o uso do software Spring 4.2 para a elaboração dos mapas temáticos e cartogramas; da identificação e caracterização das unidades geotécnicas realizadas através de ensaios de laboratório e 20 ensaios de condutividade hidráulica (k) in situ com a técnica do piezômetro escavado. O estudo do Índice vulnerabilidade natural dos aqüíferos pelo método GOD de Foster e Hirata (1988) e Foster et al. (2003) com a utilização de dados de 36 poços. A espacialização dos poços tubulares e dos locais dos ensaios de condutividade hidráulica na carta das unidades geotécnicas foi utilizado o sistema de Coordenadas Universal Transversa de Mercator/UTM obtidas com o Global Position System/GPS. Avaliou-se a superfície potenciométrica associada aos cartogramas de vulnerabilidade e aos pontos potenciais de contaminação através do programa SURFER 8.0 adotando-se o interpolador Krigagem matemática. Como resultados obteve-se, quanto à caracterização geotécnica parâmetros coerentes com as descrições da área de estudo, com relação aos ensaios de condutividade hidráulica in situ os valores situaram-se entre 10-5 e 10-9 m/s, classificando as unidades desde permeáveis (Colúvios, Depósitos Fluviais, Caturrita, Botucatu, Passo das Tropas) até impermeáveis (Membro Alemoa da Formação Santa Maria). Para o Índice de vulnerabilidade natural dos aqüíferos obteve-se 4 classes (insignificante, baixa, média e alta). Do total de poços analisados 11 foram classificados de média a alta vulnerabilidade situados ao sul e norte da carta de unidades geotécnicas de Santa Maria. Foram identificados 35 postos de combustíveis, 6 cemitérios e algumas áreas de depósitos de lixo. A maioria das fontes potenciais de contaminação são pontuais e estão inseridas em áreas bastante susceptíveis a poluição dos solos e dos aqüíferos. A metodologia proposta apresentou-se viável e forneceu subsídios para o estudo do meio físico.

Seguindo a linha de pesquisa de novos materiais geotécnicos, na busca por soluções técnicas a partir do uso de materiais alternativos, o presente estudo avaliou sob enfoque geotécnico o comportamento do resíduo de uma fábrica recicladora de papel localizada no estado do Rio Grande do Sul, Brasil. O objetivo do trabalho consistiu em caracterizar o resíduo e identificar suas propriedades no que se refere ao seu desempenho mecânico e hidráulico, a partir de um programa de ensaios de laboratório. O resíduo in natura possui uma umidade de 256 %, sendo composto de matéria orgânica (de 40 a 45 %), cargas minerais (principalmente caulinita e calcita) e água. As análises para a determinação dos parâmetros de deformabilidade, resistência e condutividade hidráulica foram feitas utilizando-se como variável os valores de umidade de aproximadamente 190, 160 e 130 %. Os parâmetros de compressibilidade unidimensional das amostras do resíduo não apresentaram variabilidade significativa com a variação da umidade de moldagem, obtendo-se valores médios elevados para os índices de compressão (Cc) e descarregamento (Cd) e para os coeficientes de adensamento (Cv), indicativos da alta compressibilidade característica do material. Para a determinação dos parâmetros de resistência do material foram realizados ensaios triaxiais nãodrenados. O ângulo de atrito interno obtido foi de ф’= 53,5°. Durante os ensaios triaxiais foram realizadas medições da condutividade hidráulica antes da fase de cisalhamento das amostras. Os coeficientes de condutividade hidráulica, medidos na fase pré-cisalhamento, atingiram valores da ordem de 10-9 m/s. A capacidade de atingir baixos valores de condutividade hidráulica é uma característica relevante do comportamento deste material e indica a possibilidade de ser utilizado como um material geotécnico alternativo em substituição aos materiais convencionais utilizados em coberturas impermeáveis de aterros (cover liners). / Following the line of research of new geotechnical materials, aiming new technical solutions using alternative materials, the present research evaluated, under geotechnical understanding, the behavior of the waste sludge from a paper recycling plant in Rio Grande do Sul, Brazil. The objective of this research aimed the characterization and the identification of the waste properties – mechanical and hydraulic performance, through laboratory tests. The natural waste has 256% of water content, and is composed by organic matter (ranging from 40 to 45 %), mineral charges (mainly Kaolinite and Calcite) and water. The tests for the determination of deformability, strength and hydraulic conductivity parameters were carried out under 190%, 160% and 130 % of water content. The one-dimensional compressibility parameters of the waste sludge did not show a significant variability with the variation of the molding water content, where the average values were high for the compression (Cc) and swelling (Cd) coefficients as well as for the consolidation coefficient (Cv), which can be considered as an indicative of high compressibility (characteristic of the material). For the determination of the strength parameters of the material, it was carried out undrained triaxial tests. The internal friction angle was ф’= 53,5°. During the triaxial tests, measurements of hydraulic conductivity were performed, previously shearing. The hydraulic conductivity coefficients measured during the pre-shearing phase, reached values around 10-9 m/s. The capacity for reaching low values of hydraulic conductivity is a considerable characteristic of the behavior of this material, what shows the possibility of its use as an alternative geotechnical material substituting the conventional materials used as cover liners