O adequado aproveitamento dos recursos hídricos está relacionado ao conhecimento dos regimes dos rios e suas sazonalidades, dos regimes pluviométricos e de uma série de informações do ciclo hidrológico, em diversas partes das bacias hidrográficas. A quantidade de material em suspensão transportado pelas águas dos rios é de grande importância, pois afeta diretamente as atividades antrópicas. Ainda é pequeno o número de estudos e monitoramentos locais e regionais consistentes sobre a concentração de sedimentos transportados pelos rios. No Brasil, as medições de vazão sólida em rios são muito escassas, provavelmente, devido aos custos elevados e dificuldades operacionais relativas às metodologias existentes. A busca por um método aceitável para coleta de dados de sedimentos que associe baixo custo, facilidade de operação e disponibilidade no mercado e, ao mesmo tempo, produza dados confiáveis e com uma resolução espacial e temporal, representa um vasto campo de estudo. Desta forma, o principal objetivo deste estudo é verificar a aplicabilidade da utilização de um equipamento acústico por Efeito Doppler para a quantificação dos sedimentos transportados em suspensão em um rio. As estimativas da concentração de sedimentos em suspensão foram realizadas através da aplicação de métodos empíricos para conversão do sinal acústico do equipamento em perfis de concentração de sedimentos em suspensão. Foram utilizados três métodos propostos por Deines (1999), Mayerle e Poerbandono (2002) e Gartner (2002), e ainda, a comparação direta entre o sinal acústico emitido pelo equipamento e a concentração medida em laboratório. De forma geral, os métodos que utilizaram relações de regressão entre os dados obtiveram os melhores resultados. O método que melhor estimou os valores de concentração de sedimentos em suspensão foi o de Gartner, enquanto que o método que obteve pior desempenho foi o método de Deines. Este estudo ressalta a necessidade de um melhor entendimento das relações entre dados hidro-acústicos e informações dos sedimentos transportados pelos rios, a fim de aprimorar seu uso em projetos e pesquisas na área de hidrologia. / The appropriate use of hydrous resources is linked to the knowledge about the rivers’ regimes and its seasonality, the pluvial regimes and information about the hydrological cycle in several parts of the hydrographic basins. The amount of suspended material carried by the rivers is very important since it directly affects the human activities. There are still very few studies that focus on monitoring concentration of sediments carried by the rivers in a local or regional level in a consistent way. In Brazil, the measurements of the solid flow in rivers are very rare due to the high costs and operational difficulties associated with the existing methodologies. There is a wide field of study that aims to find an acceptable method for sediments data collection, which just not associates low cost with simple operational tasks and commercial availability, but also produces reliable data with a good spatial and temporal resolution. Thus, the main objective of this study is to verify it it is suitable to use the acoustic equipment for Doppler Effect for the quantification of sediments carried by suspension in a river. The estimates of the concentration of suspension sediments were done using empirical methods for converting the equipment’s acoustic signals into suspension sediments concentration profiles. Three previous proposed methods were used in this study, Deines (1999), Mayerle and Poerbandono (2002) and Gartner (2002). The study also used direct comparisons between the acoustic signal emitted by the equipment and the concentration measured in laboratory. In general, methods with regression relations between the data presented better results. Gartner method resulted in the best estimation of the concentration of suspension sediments values. On the other hand, Deines method had the worst performance. This study points out the need of a better understanding of the relations between hydro-acoustic data and the information of sediments carried by rivers in order to improve its use in projects and research in the hydrology area.

O adequado aproveitamento dos recursos hídricos está relacionado ao conhecimento dos regimes dos rios e suas sazonalidades, dos regimes pluviométricos e de uma série de informações do ciclo hidrológico, em diversas partes das bacias hidrográficas. A quantidade de material em suspensão transportado pelas águas dos rios é de grande importância, pois afeta diretamente as atividades antrópicas. Ainda é pequeno o número de estudos e monitoramentos locais e regionais consistentes sobre a concentração de sedimentos transportados pelos rios. No Brasil, as medições de vazão sólida em rios são muito escassas, provavelmente, devido aos custos elevados e dificuldades operacionais relativas às metodologias existentes. A busca por um método aceitável para coleta de dados de sedimentos que associe baixo custo, facilidade de operação e disponibilidade no mercado e, ao mesmo tempo, produza dados confiáveis e com uma resolução espacial e temporal, representa um vasto campo de estudo. Desta forma, o principal objetivo deste estudo é verificar a aplicabilidade da utilização de um equipamento acústico por Efeito Doppler para a quantificação dos sedimentos transportados em suspensão em um rio. As estimativas da concentração de sedimentos em suspensão foram realizadas através da aplicação de métodos empíricos para conversão do sinal acústico do equipamento em perfis de concentração de sedimentos em suspensão. Foram utilizados três métodos propostos por Deines (1999), Mayerle e Poerbandono (2002) e Gartner (2002), e ainda, a comparação direta entre o sinal acústico emitido pelo equipamento e a concentração medida em laboratório. De forma geral, os métodos que utilizaram relações de regressão entre os dados obtiveram os melhores resultados. O método que melhor estimou os valores de concentração de sedimentos em suspensão foi o de Gartner, enquanto que o método que obteve pior desempenho foi o método de Deines. Este estudo ressalta a necessidade de um melhor entendimento das relações entre dados hidro-acústicos e informações dos sedimentos transportados pelos rios, a fim de aprimorar seu uso em projetos e pesquisas na área de hidrologia. / The appropriate use of hydrous resources is linked to the knowledge about the rivers’ regimes and its seasonality, the pluvial regimes and information about the hydrological cycle in several parts of the hydrographic basins. The amount of suspended material carried by the rivers is very important since it directly affects the human activities. There are still very few studies that focus on monitoring concentration of sediments carried by the rivers in a local or regional level in a consistent way. In Brazil, the measurements of the solid flow in rivers are very rare due to the high costs and operational difficulties associated with the existing methodologies. There is a wide field of study that aims to find an acceptable method for sediments data collection, which just not associates low cost with simple operational tasks and commercial availability, but also produces reliable data with a good spatial and temporal resolution. Thus, the main objective of this study is to verify it it is suitable to use the acoustic equipment for Doppler Effect for the quantification of sediments carried by suspension in a river. The estimates of the concentration of suspension sediments were done using empirical methods for converting the equipment’s acoustic signals into suspension sediments concentration profiles. Three previous proposed methods were used in this study, Deines (1999), Mayerle and Poerbandono (2002) and Gartner (2002). The study also used direct comparisons between the acoustic signal emitted by the equipment and the concentration measured in laboratory. In general, methods with regression relations between the data presented better results. Gartner method resulted in the best estimation of the concentration of suspension sediments values. On the other hand, Deines method had the worst performance. This study points out the need of a better understanding of the relations between hydro-acoustic data and the information of sediments carried by rivers in order to improve its use in projects and research in the hydrology area.

O adequado aproveitamento dos recursos hídricos está relacionado ao conhecimento dos regimes dos rios e suas sazonalidades, dos regimes pluviométricos e de uma série de informações do ciclo hidrológico, em diversas partes das bacias hidrográficas. A quantidade de material em suspensão transportado pelas águas dos rios é de grande importância, pois afeta diretamente as atividades antrópicas. Ainda é pequeno o número de estudos e monitoramentos locais e regionais consistentes sobre a concentração de sedimentos transportados pelos rios. No Brasil, as medições de vazão sólida em rios são muito escassas, provavelmente, devido aos custos elevados e dificuldades operacionais relativas às metodologias existentes. A busca por um método aceitável para coleta de dados de sedimentos que associe baixo custo, facilidade de operação e disponibilidade no mercado e, ao mesmo tempo, produza dados confiáveis e com uma resolução espacial e temporal, representa um vasto campo de estudo. Desta forma, o principal objetivo deste estudo é verificar a aplicabilidade da utilização de um equipamento acústico por Efeito Doppler para a quantificação dos sedimentos transportados em suspensão em um rio. As estimativas da concentração de sedimentos em suspensão foram realizadas através da aplicação de métodos empíricos para conversão do sinal acústico do equipamento em perfis de concentração de sedimentos em suspensão. Foram utilizados três métodos propostos por Deines (1999), Mayerle e Poerbandono (2002) e Gartner (2002), e ainda, a comparação direta entre o sinal acústico emitido pelo equipamento e a concentração medida em laboratório. De forma geral, os métodos que utilizaram relações de regressão entre os dados obtiveram os melhores resultados. O método que melhor estimou os valores de concentração de sedimentos em suspensão foi o de Gartner, enquanto que o método que obteve pior desempenho foi o método de Deines. Este estudo ressalta a necessidade de um melhor entendimento das relações entre dados hidro-acústicos e informações dos sedimentos transportados pelos rios, a fim de aprimorar seu uso em projetos e pesquisas na área de hidrologia. / The appropriate use of hydrous resources is linked to the knowledge about the rivers’ regimes and its seasonality, the pluvial regimes and information about the hydrological cycle in several parts of the hydrographic basins. The amount of suspended material carried by the rivers is very important since it directly affects the human activities. There are still very few studies that focus on monitoring concentration of sediments carried by the rivers in a local or regional level in a consistent way. In Brazil, the measurements of the solid flow in rivers are very rare due to the high costs and operational difficulties associated with the existing methodologies. There is a wide field of study that aims to find an acceptable method for sediments data collection, which just not associates low cost with simple operational tasks and commercial availability, but also produces reliable data with a good spatial and temporal resolution. Thus, the main objective of this study is to verify it it is suitable to use the acoustic equipment for Doppler Effect for the quantification of sediments carried by suspension in a river. The estimates of the concentration of suspension sediments were done using empirical methods for converting the equipment’s acoustic signals into suspension sediments concentration profiles. Three previous proposed methods were used in this study, Deines (1999), Mayerle and Poerbandono (2002) and Gartner (2002). The study also used direct comparisons between the acoustic signal emitted by the equipment and the concentration measured in laboratory. In general, methods with regression relations between the data presented better results. Gartner method resulted in the best estimation of the concentration of suspension sediments values. On the other hand, Deines method had the worst performance. This study points out the need of a better understanding of the relations between hydro-acoustic data and the information of sediments carried by rivers in order to improve its use in projects and research in the hydrology area.

O presente trabalho foi desenvolvido na busca pela detecção de sinais de ondas gravitacionais monocromáticos utilizando dados do detector ALLEGRO. Fizemos dois procedimentos para análise de dados baseados no método do periodograma de Welch, o qual é um método para detecção de sinais monocromáticos imersos em ruídos. Este método basicamente faz estimativas do espectro de potências utilizando médias dos periodogramas. Dessa forma é possível obter um espectro de potências o qual reforça a presença de picos devidos a sinais monocromáticos. Os dois procedimentos para análise dos dados dos anos 1997 e 1999, focaram em monitorar um pico que aparece na densidade espectral do detector ALLEGRO, chamado de "pico misterioso" (próximo a 887,5 Hz). Procuramos por variações na frequência do pico misterioso que concordassem com a variação devida ao efeito Doppler. Na primeira análise utilizamos os desvios Doppler diário e anual. Para a segunda análise, buscamos somente pela variação do desvio Doppler anual. Aplicamos o periodograma de Welch em ambas análises para os dados crus do detector em busca de um sinal real de onda gravitacional (O.G.), mas somente na segunda análise encontramos alguns picos que podem ser candidatos a radiação gravitacional. Com objetivo de testar o método utilizado nas duas análises, simulamos um sinal de onda gravitacional com modulação Doppler, injetamos nos dados do detector ALLEGRO e recuperamos o sinal artificial com os dois procedimentos para análise dos dados. Portanto, concluímos que ambos os procedimentos são eficientes na procura por sinais monocromáticos.

Neste trabalho são propostos um modelo matemático para sinais eco de alvos pontuais sem flutuação temporal da refletividade, mas considerando-se o parâmetro de escalonamento temporal, e uma estrutura para o receptor ótimo caracterizada por um processo de Transformação "Wavelet". O modelo proposto permite modelar a estrutura do receptor ótimo a partir de uma função ambigüidade modificada, que difere da clássica que só leva em consideração o desvio "Doppler" em sua fase devido ao movimento radial do alvo, por um processo de Transformação "Wavelet". Através de simulações realizadas analisou-se a função ambigüidade modificada e clássica, para alvos de sistemas Radar e Sonar, utilizando-se como sinal transmitido "Wavelets mães"e fez-se uma comparação qualitativa dos resultados obtidos. O trabalho realizado e o modelamento proposto podem ser utilizados para escolha da "Wavelet mãe" que apresenta um melhor desempenho para alvos de sistemas Radar e Sonar. Pode-se também, através dos resultados, implementar a estrutura do receptor ótimo através de DSP';s (processadores digitais de sinais) para sistemas Sonar.

As correntes de turbidez de alta densidade e seus depósitos resultantes, ainda hoje, não são um fenômeno totalmente explicado/classificado, tanto no meio científico, como na indústria, em especial, a do petróleo. Visando buscar o entendimento hidrodinâmico e deposicional desses fluxos gravitacionais de sedimentos naturais, este trabalho realizou um estudo experimental (modelagem física) deste fenômeno em laboratório. Através da modelagem física foi possível realizar 25 simulações experimentais com diferentes tipos de materiais sedimentares, no caso, esferas de vidro ( m ~ 2600kg/m³), simulando as frações areia fina e silte, e o caulim ( m ~ 2600kg/m³), representando as frações de argila nesses escoamentos. As faixas de concentrações volumétricas utilizadas nos experimentos foram de 2,5%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% e 35%. Para esses intervalos de concentrações foram utilizadas três diferentes proporções de argila na mistura, no caso fluxos não coesivos (0% de argila), fluxos mistos (com 50% de argila) e fluxos coesivos (100% de argila). Ainda, para a concentração volumétrica de 20%, foram realizados quatro ensaios adicionais com 10%, 25%, 75% e 90% de argila na mistura, englobando a transição de um fluxo não coesivo para coesivo. Os experimentos utilizaram um canal de acrílico (4,5 x 0,2 x 0,5 m) e a simulação se deu através da metodologia de pulso de material, a qual utilizou 120 litros de mistura de água e sedimento, que era lançada, instantaneamente, no interior do tanque, através da abertura de uma comporta. Para o registro dos ensaios foram utilizadas duas câmeras digitais, além de um medidor de velocidade ultrassônico (UVP) com dez transdutores, distribuídos ao longo de 15 cm e instalado a 340 cm da fonte. Ao seu lado, foram colocadas quatro sondas de medição da concentração da mistura (UHCM), as quais amostravam uma faixa de 10 cm do interior do fluxo. Para todas as misturas utilizadas, foi realizada a sua caracterização reológica, com o uso de um reômetro. Para a avaliação do depósito, foram coletadas amostras indeformáveis do depósito, em três locais distintos que foram, posteriormente, processadas em um microscópio eletrônico de varredura - MEV. A partir dos dados da caracterização reológica das misturas utilizadas nos experimentos, foi possível estabelecer o modelo da relação tensão/deformação, bem como as equações constitutivas de determinação da viscosidade dinâmica (e/ou aparente) da mistura em relação a concentração volumétrica, gradiente de deformação e presença de argila. Com os dados do registro de vídeo foi possível caracterizar, via um método desenvolvido com uso de uma lousa interativa, a série temporal de três espessuras geométricas da corrente. Aliado aos dados de velocidade e de concentração obtidos nos equipamentos de medição, foi possível avaliar as propriedades hidrodinâmicas das correntes, tais como as séries temporais de velocidade, concentração e geometria, os seus perfis verticais médios, a adimensionalização dos perfis de velocidade e concentração, relações adimensionais entre esses parâmetros, bem como as definições da tensão de cisalhamento junto ao fundo, da espessura da subcamada viscosa e da vazão mássica de sedimentos. Os depósitos foram avaliados em duas escalas distintas: em macro-escala, com a avaliação da espessura e granulometria do depósito ao longo da distância, balanço de massa de sedimentos e determinação da taxa de deposição (com o auxílio das imagens do vídeo); e em micro-escala, através do uso de imagens microscópicas obtidas a partir de amostras indeformáveis do depósito resultante, onde foi possível obter a distribuição do tamanho do grão médio ao longo da vertical (gradação), a porcentagem de cada tipo de sedimento e laminações dos grãos. A partir dos resultados apresentados na caracterização reológica das misturas, nas propriedades hidrodinâmicas, geométricas e deposicionais, foi realizado uma síntese agrupando estas propriedades, considerando, ao todo, 22 parâmetros de classificação. Um diagrama de três entradas (concentração volumétrica, presença de argila e o comportamento reológico da mistura) foi construído e, como resultado, foi possível definir seis regiões de reologia/fluxo/depósito que apresentam uma condição de causa (fluxo) com consequência (depósito) características. As seis regiões podem ser resumidas no que segue: Região I – Fluxo Newtoniano de baixa concentração, turbulento e subcrítico, mantidos pela componente ascendente da turbulência, com deposição de partículas individuais que geraram depósitos gradados normalmente com ou sem presença destacada de camada selante de argila no topo. Região II – Fluxo Newtoniano de média concentração, turbulento e supercrítico com a formação de uma camada turbulenta ondulada (deformável) e mais concentrada e com presença de argila junto ao fundo, mantido pela turbulência e com influência da decantação impedida que geraram depósitos parcialmente segregados (maciços) junto à base e gradados normalmente junto ao topo, com ou sem presença destacada de camada selante de argila. Região III – Fluxo Newtoniano de mais alta concentração, turbulento, supercrítico com nítida estratificação (bipartição) de uma camada turbulenta fortemente ondulada (deformável) e mais concentrada junto ao fundo, mantido pela turbulência e com influência da decantação impedida, com uma deposição de grãos mais abrupta (próximo ao congelamento friccional), gerando depósitos menos segregados (maciços) junto à base e com uma gradação normal junto ao topo, com ou sem presença destacada de camada selante de argila. Região IV – Fluxo não Newtoniano de média concentração, baixa turbulência, supercrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com menores ondulações, com influência das forças viscosas e coesivas, com formação de um “plug” de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo com uma camada de grãos não coesivos levemente gradados junto ao fundo, com uma camada lamosa com grãos não coesivos dispersos não gradados na matriz e com a presença de uma camada selante. Região V- Fluxo não Newtoniano de alta concentração, com uma turbulência nos instantes iniciais, subcrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com ondulações, influência das forças viscosas, empuxo e coesivas (matriz coesiva), com formação de um “plug” homogêneo de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo, depósito não gradado com predominância de uma matriz lamosa com grãos dispersos, com ou sem a presença de um depósito gradado no topo resultado do fluxo remanescente do corpo e cauda. Região VI – Fluxo não Newtoniano de alta concentração, dominado pelas forças viscosas, subcrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com poucas ondulações, fortemente resistente ao escoamento (yield strength) devido ao empuxo e as forças coesivas (matriz coesiva), com formação de um “plug” homogêneo de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo, depósito não gradado com predominância de uma matriz lamosa com grãos dispersos, com ou sem a presença de um depósito gradado no topo resultado do fluxo remanescente do corpo e cauda. Por fim, as características de fluxo e depósito obtidas nesses seis modelos foram comparadas com as classificações encontradas na literatura sobre fluxos gravitacionais de sedimentos, mais especificamente, com correntes de turbidez de alta densidade. Foi proposta então, uma classificação inédita para esses fluxos, baseada na concentração volumétrica, presença de argila e comportamento reológico das misturas, além de considerar a evolução e transformação destes fluxos ao longo do espaço. Pela nova classificação proposta, os fluxos extremos seriam aqueles que são amplamente aceitos: correntes de turbidez de baixa densidade (região I) e os fluxos de detritos (regiões V e VI). Os fluxos das regiões II, III foram classificados com as correntes de turbidez de alta densidade inercial, devido à predominância das forças inerciais no escoamento e a região IV foi classificada como correntes de turbidez de alta densidade viscosa, devido à influência do aumento da presença de argila no escoamento, o que causou significativas mudanças no fluxo e depósito. / Our ability to interpret the deposits of sediment gravity flows in the marine realm has been greatly restricted by our lack of understanding of their flow processes. This limitation is reflected in the numerous classification schemes and the difficulty in using terms such as low and high-density turbidity currents. Here we report a novel experimentally-derived classification scheme that for the first time identifies flow types and quantifies their transition points. A series of 25 experiments with non-cohesive, mixed and cohesive high-density turbidity currents were performed in order to study the depositional-process based hydrodynamic and rheological properties of these flows. Three types of turbidity current were studied at eight different volumetric concentrations between 2.5% and 35%. The flows carried a mixture of non-cohesive (siltsized glass beads) and cohesive sediment (kaolin) at different clay-silt ratios. Detailed time-series of flow structure, suspended sediment concentration and flow velocity were collected using Digital Video Cameras, Ultra-High Concentration Meters and Ultrasonic Doppler Velocity Probes. The rheological properties of the mixtures were also evaluated. The hydrodynamic properties of the flows were determined using changing flow geometry, and high-frequency time-series, depth-average values and vertical profiles of velocity and sediment concentration. Moreover, the deposits were studied using Scanning Electron Microscopy. Six types of flows were distinguished based on a comparison of hydrodynamic, depositional and rheological properties. A 3D phase diagram was created, showing the boundaries between these flow types in terms of rheological behaviour, bulk volumetric concentration and clay concentration. The main characteristics of the flow types are: Type I: Low density flow; Newtonian; grains supported by upward component of turbulence; no hindered settling; segregation of grains and normally graded beds. Type II: Newtonian; grains supported by turbulence; turbulent flow with gently undulating high-concentration near-bed layer; partial hindered settling and partial size segregation forming partially graded beds. Type III: Newtonian; fully turbulent flow with strongly undulating high-concentration near-bed layer; hindered settling resulting in rapid deposition and generation of partially graded beds. Type IV: non-Newtonian; viscous flow; formation of “plug” and shear flow (mud layer close the bottom); viscous forces cause freezing of the flow and forming graded beds of muddy sand. Types V and VI: non-Newtonian; viscous flow with thick mud layer; grain support by matrix strength; weakly undulating internal mud layer; cohesive freezing forms an ungraded muddy sand with coarse-tail grading on top. A new process-related classification of sediment gravity flows is proposed. Type I resembles classic low-density turbidity current behavior, and types V and VI are close to the debris flow behavior. Types II and III are classified as inertial high-density turbidity currents, due to flow turbulence and model IV represents a viscous high-density turbidity current, due to the high concentrations of clay and its cohesive influence on flow and deposit.

As correntes de turbidez de alta densidade e seus depósitos resultantes, ainda hoje, não são um fenômeno totalmente explicado/classificado, tanto no meio científico, como na indústria, em especial, a do petróleo. Visando buscar o entendimento hidrodinâmico e deposicional desses fluxos gravitacionais de sedimentos naturais, este trabalho realizou um estudo experimental (modelagem física) deste fenômeno em laboratório. Através da modelagem física foi possível realizar 25 simulações experimentais com diferentes tipos de materiais sedimentares, no caso, esferas de vidro ( m ~ 2600kg/m³), simulando as frações areia fina e silte, e o caulim ( m ~ 2600kg/m³), representando as frações de argila nesses escoamentos. As faixas de concentrações volumétricas utilizadas nos experimentos foram de 2,5%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% e 35%. Para esses intervalos de concentrações foram utilizadas três diferentes proporções de argila na mistura, no caso fluxos não coesivos (0% de argila), fluxos mistos (com 50% de argila) e fluxos coesivos (100% de argila). Ainda, para a concentração volumétrica de 20%, foram realizados quatro ensaios adicionais com 10%, 25%, 75% e 90% de argila na mistura, englobando a transição de um fluxo não coesivo para coesivo. Os experimentos utilizaram um canal de acrílico (4,5 x 0,2 x 0,5 m) e a simulação se deu através da metodologia de pulso de material, a qual utilizou 120 litros de mistura de água e sedimento, que era lançada, instantaneamente, no interior do tanque, através da abertura de uma comporta. Para o registro dos ensaios foram utilizadas duas câmeras digitais, além de um medidor de velocidade ultrassônico (UVP) com dez transdutores, distribuídos ao longo de 15 cm e instalado a 340 cm da fonte. Ao seu lado, foram colocadas quatro sondas de medição da concentração da mistura (UHCM), as quais amostravam uma faixa de 10 cm do interior do fluxo. Para todas as misturas utilizadas, foi realizada a sua caracterização reológica, com o uso de um reômetro. Para a avaliação do depósito, foram coletadas amostras indeformáveis do depósito, em três locais distintos que foram, posteriormente, processadas em um microscópio eletrônico de varredura - MEV. A partir dos dados da caracterização reológica das misturas utilizadas nos experimentos, foi possível estabelecer o modelo da relação tensão/deformação, bem como as equações constitutivas de determinação da viscosidade dinâmica (e/ou aparente) da mistura em relação a concentração volumétrica, gradiente de deformação e presença de argila. Com os dados do registro de vídeo foi possível caracterizar, via um método desenvolvido com uso de uma lousa interativa, a série temporal de três espessuras geométricas da corrente. Aliado aos dados de velocidade e de concentração obtidos nos equipamentos de medição, foi possível avaliar as propriedades hidrodinâmicas das correntes, tais como as séries temporais de velocidade, concentração e geometria, os seus perfis verticais médios, a adimensionalização dos perfis de velocidade e concentração, relações adimensionais entre esses parâmetros, bem como as definições da tensão de cisalhamento junto ao fundo, da espessura da subcamada viscosa e da vazão mássica de sedimentos. Os depósitos foram avaliados em duas escalas distintas: em macro-escala, com a avaliação da espessura e granulometria do depósito ao longo da distância, balanço de massa de sedimentos e determinação da taxa de deposição (com o auxílio das imagens do vídeo); e em micro-escala, através do uso de imagens microscópicas obtidas a partir de amostras indeformáveis do depósito resultante, onde foi possível obter a distribuição do tamanho do grão médio ao longo da vertical (gradação), a porcentagem de cada tipo de sedimento e laminações dos grãos. A partir dos resultados apresentados na caracterização reológica das misturas, nas propriedades hidrodinâmicas, geométricas e deposicionais, foi realizado uma síntese agrupando estas propriedades, considerando, ao todo, 22 parâmetros de classificação. Um diagrama de três entradas (concentração volumétrica, presença de argila e o comportamento reológico da mistura) foi construído e, como resultado, foi possível definir seis regiões de reologia/fluxo/depósito que apresentam uma condição de causa (fluxo) com consequência (depósito) características. As seis regiões podem ser resumidas no que segue: Região I – Fluxo Newtoniano de baixa concentração, turbulento e subcrítico, mantidos pela componente ascendente da turbulência, com deposição de partículas individuais que geraram depósitos gradados normalmente com ou sem presença destacada de camada selante de argila no topo. Região II – Fluxo Newtoniano de média concentração, turbulento e supercrítico com a formação de uma camada turbulenta ondulada (deformável) e mais concentrada e com presença de argila junto ao fundo, mantido pela turbulência e com influência da decantação impedida que geraram depósitos parcialmente segregados (maciços) junto à base e gradados normalmente junto ao topo, com ou sem presença destacada de camada selante de argila. Região III – Fluxo Newtoniano de mais alta concentração, turbulento, supercrítico com nítida estratificação (bipartição) de uma camada turbulenta fortemente ondulada (deformável) e mais concentrada junto ao fundo, mantido pela turbulência e com influência da decantação impedida, com uma deposição de grãos mais abrupta (próximo ao congelamento friccional), gerando depósitos menos segregados (maciços) junto à base e com uma gradação normal junto ao topo, com ou sem presença destacada de camada selante de argila. Região IV – Fluxo não Newtoniano de média concentração, baixa turbulência, supercrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com menores ondulações, com influência das forças viscosas e coesivas, com formação de um “plug” de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo com uma camada de grãos não coesivos levemente gradados junto ao fundo, com uma camada lamosa com grãos não coesivos dispersos não gradados na matriz e com a presença de uma camada selante. Região V- Fluxo não Newtoniano de alta concentração, com uma turbulência nos instantes iniciais, subcrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com ondulações, influência das forças viscosas, empuxo e coesivas (matriz coesiva), com formação de um “plug” homogêneo de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo, depósito não gradado com predominância de uma matriz lamosa com grãos dispersos, com ou sem a presença de um depósito gradado no topo resultado do fluxo remanescente do corpo e cauda. Região VI – Fluxo não Newtoniano de alta concentração, dominado pelas forças viscosas, subcrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com poucas ondulações, fortemente resistente ao escoamento (yield strength) devido ao empuxo e as forças coesivas (matriz coesiva), com formação de um “plug” homogêneo de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo, depósito não gradado com predominância de uma matriz lamosa com grãos dispersos, com ou sem a presença de um depósito gradado no topo resultado do fluxo remanescente do corpo e cauda. Por fim, as características de fluxo e depósito obtidas nesses seis modelos foram comparadas com as classificações encontradas na literatura sobre fluxos gravitacionais de sedimentos, mais especificamente, com correntes de turbidez de alta densidade. Foi proposta então, uma classificação inédita para esses fluxos, baseada na concentração volumétrica, presença de argila e comportamento reológico das misturas, além de considerar a evolução e transformação destes fluxos ao longo do espaço. Pela nova classificação proposta, os fluxos extremos seriam aqueles que são amplamente aceitos: correntes de turbidez de baixa densidade (região I) e os fluxos de detritos (regiões V e VI). Os fluxos das regiões II, III foram classificados com as correntes de turbidez de alta densidade inercial, devido à predominância das forças inerciais no escoamento e a região IV foi classificada como correntes de turbidez de alta densidade viscosa, devido à influência do aumento da presença de argila no escoamento, o que causou significativas mudanças no fluxo e depósito. / Our ability to interpret the deposits of sediment gravity flows in the marine realm has been greatly restricted by our lack of understanding of their flow processes. This limitation is reflected in the numerous classification schemes and the difficulty in using terms such as low and high-density turbidity currents. Here we report a novel experimentally-derived classification scheme that for the first time identifies flow types and quantifies their transition points. A series of 25 experiments with non-cohesive, mixed and cohesive high-density turbidity currents were performed in order to study the depositional-process based hydrodynamic and rheological properties of these flows. Three types of turbidity current were studied at eight different volumetric concentrations between 2.5% and 35%. The flows carried a mixture of non-cohesive (siltsized glass beads) and cohesive sediment (kaolin) at different clay-silt ratios. Detailed time-series of flow structure, suspended sediment concentration and flow velocity were collected using Digital Video Cameras, Ultra-High Concentration Meters and Ultrasonic Doppler Velocity Probes. The rheological properties of the mixtures were also evaluated. The hydrodynamic properties of the flows were determined using changing flow geometry, and high-frequency time-series, depth-average values and vertical profiles of velocity and sediment concentration. Moreover, the deposits were studied using Scanning Electron Microscopy. Six types of flows were distinguished based on a comparison of hydrodynamic, depositional and rheological properties. A 3D phase diagram was created, showing the boundaries between these flow types in terms of rheological behaviour, bulk volumetric concentration and clay concentration. The main characteristics of the flow types are: Type I: Low density flow; Newtonian; grains supported by upward component of turbulence; no hindered settling; segregation of grains and normally graded beds. Type II: Newtonian; grains supported by turbulence; turbulent flow with gently undulating high-concentration near-bed layer; partial hindered settling and partial size segregation forming partially graded beds. Type III: Newtonian; fully turbulent flow with strongly undulating high-concentration near-bed layer; hindered settling resulting in rapid deposition and generation of partially graded beds. Type IV: non-Newtonian; viscous flow; formation of “plug” and shear flow (mud layer close the bottom); viscous forces cause freezing of the flow and forming graded beds of muddy sand. Types V and VI: non-Newtonian; viscous flow with thick mud layer; grain support by matrix strength; weakly undulating internal mud layer; cohesive freezing forms an ungraded muddy sand with coarse-tail grading on top. A new process-related classification of sediment gravity flows is proposed. Type I resembles classic low-density turbidity current behavior, and types V and VI are close to the debris flow behavior. Types II and III are classified as inertial high-density turbidity currents, due to flow turbulence and model IV represents a viscous high-density turbidity current, due to the high concentrations of clay and its cohesive influence on flow and deposit.

As correntes de turbidez de alta densidade e seus depósitos resultantes, ainda hoje, não são um fenômeno totalmente explicado/classificado, tanto no meio científico, como na indústria, em especial, a do petróleo. Visando buscar o entendimento hidrodinâmico e deposicional desses fluxos gravitacionais de sedimentos naturais, este trabalho realizou um estudo experimental (modelagem física) deste fenômeno em laboratório. Através da modelagem física foi possível realizar 25 simulações experimentais com diferentes tipos de materiais sedimentares, no caso, esferas de vidro ( m ~ 2600kg/m³), simulando as frações areia fina e silte, e o caulim ( m ~ 2600kg/m³), representando as frações de argila nesses escoamentos. As faixas de concentrações volumétricas utilizadas nos experimentos foram de 2,5%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% e 35%. Para esses intervalos de concentrações foram utilizadas três diferentes proporções de argila na mistura, no caso fluxos não coesivos (0% de argila), fluxos mistos (com 50% de argila) e fluxos coesivos (100% de argila). Ainda, para a concentração volumétrica de 20%, foram realizados quatro ensaios adicionais com 10%, 25%, 75% e 90% de argila na mistura, englobando a transição de um fluxo não coesivo para coesivo. Os experimentos utilizaram um canal de acrílico (4,5 x 0,2 x 0,5 m) e a simulação se deu através da metodologia de pulso de material, a qual utilizou 120 litros de mistura de água e sedimento, que era lançada, instantaneamente, no interior do tanque, através da abertura de uma comporta. Para o registro dos ensaios foram utilizadas duas câmeras digitais, além de um medidor de velocidade ultrassônico (UVP) com dez transdutores, distribuídos ao longo de 15 cm e instalado a 340 cm da fonte. Ao seu lado, foram colocadas quatro sondas de medição da concentração da mistura (UHCM), as quais amostravam uma faixa de 10 cm do interior do fluxo. Para todas as misturas utilizadas, foi realizada a sua caracterização reológica, com o uso de um reômetro. Para a avaliação do depósito, foram coletadas amostras indeformáveis do depósito, em três locais distintos que foram, posteriormente, processadas em um microscópio eletrônico de varredura - MEV. A partir dos dados da caracterização reológica das misturas utilizadas nos experimentos, foi possível estabelecer o modelo da relação tensão/deformação, bem como as equações constitutivas de determinação da viscosidade dinâmica (e/ou aparente) da mistura em relação a concentração volumétrica, gradiente de deformação e presença de argila. Com os dados do registro de vídeo foi possível caracterizar, via um método desenvolvido com uso de uma lousa interativa, a série temporal de três espessuras geométricas da corrente. Aliado aos dados de velocidade e de concentração obtidos nos equipamentos de medição, foi possível avaliar as propriedades hidrodinâmicas das correntes, tais como as séries temporais de velocidade, concentração e geometria, os seus perfis verticais médios, a adimensionalização dos perfis de velocidade e concentração, relações adimensionais entre esses parâmetros, bem como as definições da tensão de cisalhamento junto ao fundo, da espessura da subcamada viscosa e da vazão mássica de sedimentos. Os depósitos foram avaliados em duas escalas distintas: em macro-escala, com a avaliação da espessura e granulometria do depósito ao longo da distância, balanço de massa de sedimentos e determinação da taxa de deposição (com o auxílio das imagens do vídeo); e em micro-escala, através do uso de imagens microscópicas obtidas a partir de amostras indeformáveis do depósito resultante, onde foi possível obter a distribuição do tamanho do grão médio ao longo da vertical (gradação), a porcentagem de cada tipo de sedimento e laminações dos grãos. A partir dos resultados apresentados na caracterização reológica das misturas, nas propriedades hidrodinâmicas, geométricas e deposicionais, foi realizado uma síntese agrupando estas propriedades, considerando, ao todo, 22 parâmetros de classificação. Um diagrama de três entradas (concentração volumétrica, presença de argila e o comportamento reológico da mistura) foi construído e, como resultado, foi possível definir seis regiões de reologia/fluxo/depósito que apresentam uma condição de causa (fluxo) com consequência (depósito) características. As seis regiões podem ser resumidas no que segue: Região I – Fluxo Newtoniano de baixa concentração, turbulento e subcrítico, mantidos pela componente ascendente da turbulência, com deposição de partículas individuais que geraram depósitos gradados normalmente com ou sem presença destacada de camada selante de argila no topo. Região II – Fluxo Newtoniano de média concentração, turbulento e supercrítico com a formação de uma camada turbulenta ondulada (deformável) e mais concentrada e com presença de argila junto ao fundo, mantido pela turbulência e com influência da decantação impedida que geraram depósitos parcialmente segregados (maciços) junto à base e gradados normalmente junto ao topo, com ou sem presença destacada de camada selante de argila. Região III – Fluxo Newtoniano de mais alta concentração, turbulento, supercrítico com nítida estratificação (bipartição) de uma camada turbulenta fortemente ondulada (deformável) e mais concentrada junto ao fundo, mantido pela turbulência e com influência da decantação impedida, com uma deposição de grãos mais abrupta (próximo ao congelamento friccional), gerando depósitos menos segregados (maciços) junto à base e com uma gradação normal junto ao topo, com ou sem presença destacada de camada selante de argila. Região IV – Fluxo não Newtoniano de média concentração, baixa turbulência, supercrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com menores ondulações, com influência das forças viscosas e coesivas, com formação de um “plug” de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo com uma camada de grãos não coesivos levemente gradados junto ao fundo, com uma camada lamosa com grãos não coesivos dispersos não gradados na matriz e com a presença de uma camada selante. Região V- Fluxo não Newtoniano de alta concentração, com uma turbulência nos instantes iniciais, subcrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com ondulações, influência das forças viscosas, empuxo e coesivas (matriz coesiva), com formação de um “plug” homogêneo de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo, depósito não gradado com predominância de uma matriz lamosa com grãos dispersos, com ou sem a presença de um depósito gradado no topo resultado do fluxo remanescente do corpo e cauda. Região VI – Fluxo não Newtoniano de alta concentração, dominado pelas forças viscosas, subcrítico, com formação de uma camada lamosa mais concentrada junto ao fundo com poucas ondulações, fortemente resistente ao escoamento (yield strength) devido ao empuxo e as forças coesivas (matriz coesiva), com formação de um “plug” homogêneo de sedimentos (congelamento coesivo) que formou depósitos do topo à base por congelamento coesivo, depósito não gradado com predominância de uma matriz lamosa com grãos dispersos, com ou sem a presença de um depósito gradado no topo resultado do fluxo remanescente do corpo e cauda. Por fim, as características de fluxo e depósito obtidas nesses seis modelos foram comparadas com as classificações encontradas na literatura sobre fluxos gravitacionais de sedimentos, mais especificamente, com correntes de turbidez de alta densidade. Foi proposta então, uma classificação inédita para esses fluxos, baseada na concentração volumétrica, presença de argila e comportamento reológico das misturas, além de considerar a evolução e transformação destes fluxos ao longo do espaço. Pela nova classificação proposta, os fluxos extremos seriam aqueles que são amplamente aceitos: correntes de turbidez de baixa densidade (região I) e os fluxos de detritos (regiões V e VI). Os fluxos das regiões II, III foram classificados com as correntes de turbidez de alta densidade inercial, devido à predominância das forças inerciais no escoamento e a região IV foi classificada como correntes de turbidez de alta densidade viscosa, devido à influência do aumento da presença de argila no escoamento, o que causou significativas mudanças no fluxo e depósito. / Our ability to interpret the deposits of sediment gravity flows in the marine realm has been greatly restricted by our lack of understanding of their flow processes. This limitation is reflected in the numerous classification schemes and the difficulty in using terms such as low and high-density turbidity currents. Here we report a novel experimentally-derived classification scheme that for the first time identifies flow types and quantifies their transition points. A series of 25 experiments with non-cohesive, mixed and cohesive high-density turbidity currents were performed in order to study the depositional-process based hydrodynamic and rheological properties of these flows. Three types of turbidity current were studied at eight different volumetric concentrations between 2.5% and 35%. The flows carried a mixture of non-cohesive (siltsized glass beads) and cohesive sediment (kaolin) at different clay-silt ratios. Detailed time-series of flow structure, suspended sediment concentration and flow velocity were collected using Digital Video Cameras, Ultra-High Concentration Meters and Ultrasonic Doppler Velocity Probes. The rheological properties of the mixtures were also evaluated. The hydrodynamic properties of the flows were determined using changing flow geometry, and high-frequency time-series, depth-average values and vertical profiles of velocity and sediment concentration. Moreover, the deposits were studied using Scanning Electron Microscopy. Six types of flows were distinguished based on a comparison of hydrodynamic, depositional and rheological properties. A 3D phase diagram was created, showing the boundaries between these flow types in terms of rheological behaviour, bulk volumetric concentration and clay concentration. The main characteristics of the flow types are: Type I: Low density flow; Newtonian; grains supported by upward component of turbulence; no hindered settling; segregation of grains and normally graded beds. Type II: Newtonian; grains supported by turbulence; turbulent flow with gently undulating high-concentration near-bed layer; partial hindered settling and partial size segregation forming partially graded beds. Type III: Newtonian; fully turbulent flow with strongly undulating high-concentration near-bed layer; hindered settling resulting in rapid deposition and generation of partially graded beds. Type IV: non-Newtonian; viscous flow; formation of “plug” and shear flow (mud layer close the bottom); viscous forces cause freezing of the flow and forming graded beds of muddy sand. Types V and VI: non-Newtonian; viscous flow with thick mud layer; grain support by matrix strength; weakly undulating internal mud layer; cohesive freezing forms an ungraded muddy sand with coarse-tail grading on top. A new process-related classification of sediment gravity flows is proposed. Type I resembles classic low-density turbidity current behavior, and types V and VI are close to the debris flow behavior. Types II and III are classified as inertial high-density turbidity currents, due to flow turbulence and model IV represents a viscous high-density turbidity current, due to the high concentrations of clay and its cohesive influence on flow and deposit.

O trabalho realizado teve como objetivo implementar um processo de autofocalização baseado no "Mapdrift" em um processador SAR que utiliza o algoritmo "Range Doppler"para gerar imagens a partir do sensor SAR aeroembarcado do SIVAM. O processo implementado utiliza a seleção de linhas azimutais de um bloco de dados brutos do Radar baseado na largura e pico da correlação entre dois "looks" para estimar o parâmetro de autofocalização do filtro azimutal. Os resultados mostram que o processamento de imagens que utiliza a seleção de linhas azimutais é mais rápido e gera qualidade focal semelhante se comparado com o processo que utiliza todas as linhas azimutais de um bloco de dados. Notou-se que a qualidade da focalização é melhorada quando se reduz o tamanho das linhas azimutais, mas o tempo de processamento é aumentado. Também se verificou a utilização de um conjunto dos dados coletados nas quatro polarizações (Lhh, Lvv, Lvh e Lhv) para estimar o parâmetro de focalização gera imagem de qualidade semelhante ao processo que utiliza apenas uma banda (Lhh).

Este trabalho destina-se a especificar, analisar e ensaiar um sensor de presença para um semáforo inteligente de baixo custo. O sensor tem por finalidade a redução dos custos de implantação e manutenção nos sistemas de controles dos semáforos inteligentes, quando comparado a outros sensores, tais como, por imagem, ultrassom, laser, infravermelho, pneumático ou indutivo. O princípio de funcionamento tem por base a detecção de veículos na região de aproximação das vias de uma interseção por meio de um sensor que gera um sinal elétrico para o sistema de controle de tráfego. Utilizando sensores de micro-ondas de efeito Doppler e um circuito detecção o sistema torna-se de fácil implantação nos cruzamentos das vias públicas, por possuir tamanho reduzido, facilidade de programação e baixo consumo de energia, atendendo, portanto a necessidade de sistemas sustentáveis. Por motivo de segurança, ao ser iniciado ou reiniciado devido a falta de energia elétrica, o sistema funciona de forma temporizada por dois ciclos completos, tempo suficiente para que seja possível a detecção de veículos pelos sensores. / This work aims to specify, analyze and test a presence sensor for an intelligent traffic light at low cost. The sensor is intended to reduce the costs of deployment and maintenance of control systems in intelligent traffic lights, when compared to other sensors such as imaging, ultrasound, laser, infrared, pneumatic or inductive. The operating principle is based on the detection of approaching vehicles in the region of an intersection roads by means of a sensor which generates an electrical signal to the control system traffic. Using sensors microwave Doppler Effect and a loop detection system becomes easy to deploy in the crossings of public roads, for having reduced size, ease of programming and low power consumption, light, therefore the need for sustainable systems. For security reasons, to be started or restarted due to power outages, the system works timed by two complete cycles, enough time to be able to detect vehicles by sensors.