A presente pesquisa tem como objetivo compreender a dinâmica de comportamento do solo sob escala macro e micromorfológica visualizados em topossequência, no que concerne aos agentes morfológicos que condicionam e contribuem para deflagração de processos erosivos. A área de estudo está inserida na sub-bacia hidrográfica do Laranja Azeda localizada na região centro-leste do estado de São Paulo, no município de São Carlos/SP, e têm fundamental importância por pertencer à bacia hidrográfica do Ribeirão Feijão, importante manancial urbano para a cidade. O planejamento de uso e ocupação adequados aos fatores físicos que compõe a dinâmica desta paisagem são essenciais visando a conservação e preservação dos recursos hídricos ali existentes, onde a expressiva ocorrência de processos erosivos são objetos de preocupação, já que estes podem causar assoreamento de rios e reservatórios. Utilizando uma metodologia multiescalar para seleção da área de pesquisa em detalhe e compreensão da organização e dinâmica da cobertura pedológica, foram utilizados os procedimentos propostos pela Análise Estrutural da Cobertura Pedológica e conceitos e técnicas da micromorfologia de solos. Verifica-se que a distribuição dos solos na Topossequência Manacá está estritamente correlacionada à transformação vertical do materialde origem em solo, em cuja vertente existe uma diferenciação litológica que condiciona a morfologia diferenciada, tanto em escala macromorfológica quanto micromorfológica. O terço superior e médio da vertente está associado à depósitos colúvio-eluvionaresda Formação Itaqueri, onde desenvolve-se um Latossolo Vermelho Amarelo. Já o terço inferior da vertente corresponde a um solo formado a partir dos arenitos da Formação Botucatu, sendo enquadrado enquanto Neossolo Quartzarênico. Com o auxílio técnicas de análise bidimensional de imagens retiradas das lâminas delgadas de solo, foi possível visualizar e quantificar a macroposidade ao longo da vertente, importante atributo morfológico que controla os fluxos de água e são agentes condicionantes para o desenvolvimento de processos erosivos. Conclui-se que a ocorrência de voçorocas no terço médio inferior da vertente é a materialização em forma de processos erosivos deste comportamento diferencial da massa do solo, onde portanto, na Topossequência Manacá a busca de equilíbrio dinâmico na vertente é induzida pela dinâmica genética evolutiva das formações geológicas que sustentam a paisagem, desencadeada em processos erosivos que tendem a progredir em desequilíbrio, a depender do manejo estabelecido para o local. / This dissertation aimed to understand the soil behavior under macro and micromorphological dynamic viewed in topossequence, in what concern the morphological agents that influence and con-tribute to outbreaks of erosion. The study area is within the sub basin of the brook Laranja Azeda, located in the central eastern region of São Paulo, in São Carlos / SP. Its study is of fundamental importance because it belongs to the basin of Ribeirão Feijão, an important source of water supply to the city. Planning the land use and occupation suited to the physical factors that compose the land-scape dynamics are essential to promote the conservation and preservation of water resources therein, where the significant occurrence of erosive processes are objects of concern, as these can cause silta-tion of rivers and reservoirs. It was applied a multiscale methodology to select the research area in detail for understanding the organization and soil cover dynamics, therefore, the procedures proposed by the Structural Analysis of Pedologic Coverage and also concepts and techniques of soil micromor-phology were used. It is found that the soil distribution in Toposequence Manacá is strictly correlated to the vertical transformation of the source material in soil, in which there is present a lithology dif-ferentiation, which makes the differentiated morphology both as macromorfológica micromorpho-logic scale. The upper and middle hillside its associated with colluvial alluvial deposits of Itaqueri formation, which develops a yellow red Oxisol. But the lower third of the hillside corresponds to a soil formed from the sandstones of the Botucatu Formation, being framed as Quartzipsamment. With the aid techniques bidimensional image analysis of thin sections taken from soil, it was possible to visualize and quantify macroposidade along the slope, a major morphological traits that controls wa-ter flow and is a conditioning agent to develop erosion. It is concluded that the occurrence of gullies in the lower and middle slope is the embodiment, in the form of erosion process, of this differential behavior of soil mass, where, in the Toposequence Manacá, the aim for dynamic equilibrium in the hillside is induced by genetic evolutionary dynamics of geological formations that underlie the land-scape, triggered in erosive process that tend to evolve unbalanced depending on the management of the land use established for the area.

A presente pesquisa tem como objetivo compreender a dinâmica de comportamento do solo sob escala macro e micromorfológica visualizados em topossequência, no que concerne aos agentes morfológicos que condicionam e contribuem para deflagração de processos erosivos. A área de estudo está inserida na sub-bacia hidrográfica do Laranja Azeda localizada na região centro-leste do estado de São Paulo, no município de São Carlos/SP, e têm fundamental importância por pertencer à bacia hidrográfica do Ribeirão Feijão, importante manancial urbano para a cidade. O planejamento de uso e ocupação adequados aos fatores físicos que compõe a dinâmica desta paisagem são essenciais visando a conservação e preservação dos recursos hídricos ali existentes, onde a expressiva ocorrência de processos erosivos são objetos de preocupação, já que estes podem causar assoreamento de rios e reservatórios. Utilizando uma metodologia multiescalar para seleção da área de pesquisa em detalhe e compreensão da organização e dinâmica da cobertura pedológica, foram utilizados os procedimentos propostos pela Análise Estrutural da Cobertura Pedológica e conceitos e técnicas da micromorfologia de solos. Verifica-se que a distribuição dos solos na Topossequência Manacá está estritamente correlacionada à transformação vertical do materialde origem em solo, em cuja vertente existe uma diferenciação litológica que condiciona a morfologia diferenciada, tanto em escala macromorfológica quanto micromorfológica. O terço superior e médio da vertente está associado à depósitos colúvio-eluvionaresda Formação Itaqueri, onde desenvolve-se um Latossolo Vermelho Amarelo. Já o terço inferior da vertente corresponde a um solo formado a partir dos arenitos da Formação Botucatu, sendo enquadrado enquanto Neossolo Quartzarênico. Com o auxílio técnicas de análise bidimensional de imagens retiradas das lâminas delgadas de solo, foi possível visualizar e quantificar a macroposidade ao longo da vertente, importante atributo morfológico que controla os fluxos de água e são agentes condicionantes para o desenvolvimento de processos erosivos. Conclui-se que a ocorrência de voçorocas no terço médio inferior da vertente é a materialização em forma de processos erosivos deste comportamento diferencial da massa do solo, onde portanto, na Topossequência Manacá a busca de equilíbrio dinâmico na vertente é induzida pela dinâmica genética evolutiva das formações geológicas que sustentam a paisagem, desencadeada em processos erosivos que tendem a progredir em desequilíbrio, a depender do manejo estabelecido para o local. / This dissertation aimed to understand the soil behavior under macro and micromorphological dynamic viewed in topossequence, in what concern the morphological agents that influence and con-tribute to outbreaks of erosion. The study area is within the sub basin of the brook Laranja Azeda, located in the central eastern region of São Paulo, in São Carlos / SP. Its study is of fundamental importance because it belongs to the basin of Ribeirão Feijão, an important source of water supply to the city. Planning the land use and occupation suited to the physical factors that compose the land-scape dynamics are essential to promote the conservation and preservation of water resources therein, where the significant occurrence of erosive processes are objects of concern, as these can cause silta-tion of rivers and reservoirs. It was applied a multiscale methodology to select the research area in detail for understanding the organization and soil cover dynamics, therefore, the procedures proposed by the Structural Analysis of Pedologic Coverage and also concepts and techniques of soil micromor-phology were used. It is found that the soil distribution in Toposequence Manacá is strictly correlated to the vertical transformation of the source material in soil, in which there is present a lithology dif-ferentiation, which makes the differentiated morphology both as macromorfológica micromorpho-logic scale. The upper and middle hillside its associated with colluvial alluvial deposits of Itaqueri formation, which develops a yellow red Oxisol. But the lower third of the hillside corresponds to a soil formed from the sandstones of the Botucatu Formation, being framed as Quartzipsamment. With the aid techniques bidimensional image analysis of thin sections taken from soil, it was possible to visualize and quantify macroposidade along the slope, a major morphological traits that controls wa-ter flow and is a conditioning agent to develop erosion. It is concluded that the occurrence of gullies in the lower and middle slope is the embodiment, in the form of erosion process, of this differential behavior of soil mass, where, in the Toposequence Manacá, the aim for dynamic equilibrium in the hillside is induced by genetic evolutionary dynamics of geological formations that underlie the land-scape, triggered in erosive process that tend to evolve unbalanced depending on the management of the land use established for the area.

Os cimentos de fosfato de cálcio (CFCs) formam uma pasta viscosa após a mistura de uma fase sólida (sal de fosfato de cálcio) com uma fase líquida (água ou uma solução aquosa). Esta pasta endurece, dando lugar a um precipitado que contenha um ou mais fosfatos de cálcio, que graças à sua formação à temperatura corporal evita uma resposta imunológica negativa do organismo. Embora uma das caraterísticas mais importantes dos cimentos de -TCP seja sua reabsorbilidade pelo organismo, a taxa de reabsorção In Vivo pode ser lenta devido à ausência de macroporos abertos. No presente trabalho foram obtidas estruturas macroporosas com presença de interconexões a partir da mistura de cimento de -TCP com uma fase líquida espumada. A fase líquida foi constituída de diferentes concentrações de hidrogenofosfato de sódio e um surfactante (Lutensol ON 110 ou Lauril Sulfato de Sódio), sendo espumada por agitação manual num sistema composto por 2 seringas conectadas por uma válvula de PVC. Após, foi acrescentado o pó de cimento, o qual foi misturado com a espuma no mesmo sistema. Verificou-se que as soluções com Lutensol apresentaram maior espumabilidade (218 – 400%) que as soluções com Lauril (63 – 209%). A difração de raios X evidenciou a transformação de -TCP em Hidroxiapatita deficiente em cálcio em todas as amostras após a imersão em solução de Ringer. As amostras preparadas com Lutensol apresentaram macroporos abertos com diâmetros maiores a 100m. Além disso foi observado que a macroestrutura final e o tamanho dos macroporos dos cimentos espumados varia em função das concentrações de fosfato e surfactante, além da proporção L/P. Por outro lado, a resistência a compressão das amostras macroporosas diminuiu com o aumento da porosidade total. Finalmente, foi observada a formação de uma camada continua de apatita sobre a superfície dos cimentos após imersão em SBF durante 21 dias. Este estudo sugere que as amostras de cimento de fosfato de cálcio espumadas com Lutensol possuem potencial para uso como arcabouços (scaffolds) para crescimento de tecidos. / Calcium phosphate cements (CPCs) form a viscous paste after mixing a solid phase (a calcium phosphate salt) with a liquid phase (water or an aqueous solution). This paste hardens, forming a precipitate with one or more calcium phosphates, which thanks to their formation at body temperature prevent a negative immune response. Even though one of the most important characteristics of -TCP cements is their resorbability in the body, their In Vivo resorption rate is low due to the lack of open macropores. In the present work, macroporous interconnected structures were obtained by mixing the -TCP cement with a foamed liquid phase. The liquid phase was composed of different concentrations of sodium hydrogenphosphate and a surfactant (Lutensol ON 110 or Sodium Lauril Sulfate), and it was foamed by manual agitation in a system of two syringes connected by a PVC valve. The cement powder was then added to the system and mixed with the foam likewise. Solutions with Lutensol showed better foamability (218 - 400%) than solutions with Lauril (63 - 209%). X-ray diffraction showed the transformation of -TCP into Calcium Deficient Hydroxyapatite in every sample after immersion in Ringer’s solution. Samples prepared with Lutensol showed open macropores with diameters greater than 100m. It was found that final macrostructure and size of macropores in the foamed cements vary according to phosphate and surfactant concentrations, as well as to the L/P ratio. It was also found that compressive strength of the macroporous samples decreased with the increase of the total porosity. Finally, a continuous apatite layer was observed on the surface of the cements after immersion in SBF for 21 days. This study suggests that the calcium phosphate cement samples foamed with Lutensol have potential to be applied as scaffolds for bone tissue regeneration.

Os cimentos de fosfato de cálcio (CFCs) formam uma pasta viscosa após a mistura de uma fase sólida (sal de fosfato de cálcio) com uma fase líquida (água ou uma solução aquosa). Esta pasta endurece, dando lugar a um precipitado que contenha um ou mais fosfatos de cálcio, que graças à sua formação à temperatura corporal evita uma resposta imunológica negativa do organismo. Embora uma das caraterísticas mais importantes dos cimentos de -TCP seja sua reabsorbilidade pelo organismo, a taxa de reabsorção In Vivo pode ser lenta devido à ausência de macroporos abertos. No presente trabalho foram obtidas estruturas macroporosas com presença de interconexões a partir da mistura de cimento de -TCP com uma fase líquida espumada. A fase líquida foi constituída de diferentes concentrações de hidrogenofosfato de sódio e um surfactante (Lutensol ON 110 ou Lauril Sulfato de Sódio), sendo espumada por agitação manual num sistema composto por 2 seringas conectadas por uma válvula de PVC. Após, foi acrescentado o pó de cimento, o qual foi misturado com a espuma no mesmo sistema. Verificou-se que as soluções com Lutensol apresentaram maior espumabilidade (218 – 400%) que as soluções com Lauril (63 – 209%). A difração de raios X evidenciou a transformação de -TCP em Hidroxiapatita deficiente em cálcio em todas as amostras após a imersão em solução de Ringer. As amostras preparadas com Lutensol apresentaram macroporos abertos com diâmetros maiores a 100m. Além disso foi observado que a macroestrutura final e o tamanho dos macroporos dos cimentos espumados varia em função das concentrações de fosfato e surfactante, além da proporção L/P. Por outro lado, a resistência a compressão das amostras macroporosas diminuiu com o aumento da porosidade total. Finalmente, foi observada a formação de uma camada continua de apatita sobre a superfície dos cimentos após imersão em SBF durante 21 dias. Este estudo sugere que as amostras de cimento de fosfato de cálcio espumadas com Lutensol possuem potencial para uso como arcabouços (scaffolds) para crescimento de tecidos. / Calcium phosphate cements (CPCs) form a viscous paste after mixing a solid phase (a calcium phosphate salt) with a liquid phase (water or an aqueous solution). This paste hardens, forming a precipitate with one or more calcium phosphates, which thanks to their formation at body temperature prevent a negative immune response. Even though one of the most important characteristics of -TCP cements is their resorbability in the body, their In Vivo resorption rate is low due to the lack of open macropores. In the present work, macroporous interconnected structures were obtained by mixing the -TCP cement with a foamed liquid phase. The liquid phase was composed of different concentrations of sodium hydrogenphosphate and a surfactant (Lutensol ON 110 or Sodium Lauril Sulfate), and it was foamed by manual agitation in a system of two syringes connected by a PVC valve. The cement powder was then added to the system and mixed with the foam likewise. Solutions with Lutensol showed better foamability (218 - 400%) than solutions with Lauril (63 - 209%). X-ray diffraction showed the transformation of -TCP into Calcium Deficient Hydroxyapatite in every sample after immersion in Ringer’s solution. Samples prepared with Lutensol showed open macropores with diameters greater than 100m. It was found that final macrostructure and size of macropores in the foamed cements vary according to phosphate and surfactant concentrations, as well as to the L/P ratio. It was also found that compressive strength of the macroporous samples decreased with the increase of the total porosity. Finally, a continuous apatite layer was observed on the surface of the cements after immersion in SBF for 21 days. This study suggests that the calcium phosphate cement samples foamed with Lutensol have potential to be applied as scaffolds for bone tissue regeneration.

Os cimentos de fosfato de cálcio (CFCs) formam uma pasta viscosa após a mistura de uma fase sólida (sal de fosfato de cálcio) com uma fase líquida (água ou uma solução aquosa). Esta pasta endurece, dando lugar a um precipitado que contenha um ou mais fosfatos de cálcio, que graças à sua formação à temperatura corporal evita uma resposta imunológica negativa do organismo. Embora uma das caraterísticas mais importantes dos cimentos de -TCP seja sua reabsorbilidade pelo organismo, a taxa de reabsorção In Vivo pode ser lenta devido à ausência de macroporos abertos. No presente trabalho foram obtidas estruturas macroporosas com presença de interconexões a partir da mistura de cimento de -TCP com uma fase líquida espumada. A fase líquida foi constituída de diferentes concentrações de hidrogenofosfato de sódio e um surfactante (Lutensol ON 110 ou Lauril Sulfato de Sódio), sendo espumada por agitação manual num sistema composto por 2 seringas conectadas por uma válvula de PVC. Após, foi acrescentado o pó de cimento, o qual foi misturado com a espuma no mesmo sistema. Verificou-se que as soluções com Lutensol apresentaram maior espumabilidade (218 – 400%) que as soluções com Lauril (63 – 209%). A difração de raios X evidenciou a transformação de -TCP em Hidroxiapatita deficiente em cálcio em todas as amostras após a imersão em solução de Ringer. As amostras preparadas com Lutensol apresentaram macroporos abertos com diâmetros maiores a 100m. Além disso foi observado que a macroestrutura final e o tamanho dos macroporos dos cimentos espumados varia em função das concentrações de fosfato e surfactante, além da proporção L/P. Por outro lado, a resistência a compressão das amostras macroporosas diminuiu com o aumento da porosidade total. Finalmente, foi observada a formação de uma camada continua de apatita sobre a superfície dos cimentos após imersão em SBF durante 21 dias. Este estudo sugere que as amostras de cimento de fosfato de cálcio espumadas com Lutensol possuem potencial para uso como arcabouços (scaffolds) para crescimento de tecidos. / Calcium phosphate cements (CPCs) form a viscous paste after mixing a solid phase (a calcium phosphate salt) with a liquid phase (water or an aqueous solution). This paste hardens, forming a precipitate with one or more calcium phosphates, which thanks to their formation at body temperature prevent a negative immune response. Even though one of the most important characteristics of -TCP cements is their resorbability in the body, their In Vivo resorption rate is low due to the lack of open macropores. In the present work, macroporous interconnected structures were obtained by mixing the -TCP cement with a foamed liquid phase. The liquid phase was composed of different concentrations of sodium hydrogenphosphate and a surfactant (Lutensol ON 110 or Sodium Lauril Sulfate), and it was foamed by manual agitation in a system of two syringes connected by a PVC valve. The cement powder was then added to the system and mixed with the foam likewise. Solutions with Lutensol showed better foamability (218 - 400%) than solutions with Lauril (63 - 209%). X-ray diffraction showed the transformation of -TCP into Calcium Deficient Hydroxyapatite in every sample after immersion in Ringer’s solution. Samples prepared with Lutensol showed open macropores with diameters greater than 100m. It was found that final macrostructure and size of macropores in the foamed cements vary according to phosphate and surfactant concentrations, as well as to the L/P ratio. It was also found that compressive strength of the macroporous samples decreased with the increase of the total porosity. Finally, a continuous apatite layer was observed on the surface of the cements after immersion in SBF for 21 days. This study suggests that the calcium phosphate cement samples foamed with Lutensol have potential to be applied as scaffolds for bone tissue regeneration.

The effects of oxidation in the thermomechanical response of porous titanium diboride have been investigated. An in-house quasi-static material point method tool was used to perform two -dimensional plane strain simulations on unoxidized hexagonal representative volume elements (RVEs) with macroporosity volume fractions of 10%, 40% and 70% to establish a baseline for the response due to geometric effects. Compressive strains of up to 30% were applied at room temperature. The 10% and 40% RVEs showed shear banding and subsequent shear failure of the inter-pore struts, while shear banding in 70% RVE weakened the struts, which lead to buckling failure. A snapshot oxidation model was then applied to the hexagonal RVEs in place of a transient, diffusion-based oxidation solver. Compressive strain simulations were performed on RVEs with oxide layers ranging from 5 to 50 μm. In RVEs with porosity of 40% or higher, oxide percolation in the struts reduced the effective elastic modulus and compressive strength, though further oxidation beyond the percolation point did not have a significant impact. Ramped and cyclic thermal loads were applied and the damage due to thermal expansion coefficient mismatch at the oxide-substrate interface decreased as the oxide layer was increased. Finally, the snapshot oxidation modeling approach was applied to large porous RVEs derived from micro-computed tomography images of titanium diboride foam. The effective elastic modulus decreased by 47% when the 5 μm layer was applied due to many thin, flexible struts becoming fully oxidized. Subsequent oxidation did not have a significant impact on the thermomechanical response. / Master of Science / Thermal loading experienced by hypersonic flight vehicles has posed significant design challenges in the development of platforms for military and re-entry applications. The advent of hypersonic strike weapons and waveriders has led to an interest in utilizing ceramics with melting points above 3000°C, called ultra-high temperature ceramics (UHTCs), that offer improved resistance to high-temperature oxidation. Beyond load-carrying applications, UHTCs imbued with macroscale porosity have been introduced as candidates for providing thermal insulation of sensitive on-board components. This thesis presents a first pass at modeling the coupled effects of oxidation and continuum damage in the thermomechanical response of such materials. Using an in-house material point method tool, two-dimensional compressive strain simulations were performed on hexagonal representative volume elements (RVEs) of titanium diboride foam with varying levels of macroporosity, along with large porous RVEs derived from micro-computed tomography images of titanium diboride foam. A snapshot oxidation model was applied to these RVEs in place of a transient, diffusion-based oxidation solver, then simulations with applied compressive strains of up to 30% were performed on RVEs with oxide layers ranging from 5 to 50 μm. Ramped and cyclic thermal loads were applied to explore the effects of thermal expansion mismatch between the substrate and oxide phases. The oxide layers were shown to reduce the effective stiffness, compressive strength, and thermal conductivity of the RVEs, with the oxidation state of the inter-pore struts having a large impact on the overall material response.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:31:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wellington_Barbosa_da_Silva.pdf: 4552878 bytes, checksum: cced6a1f2d0a0c2426792ba3f3f8ce33 (MD5) Previous issue date: 2011-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / On the Guarapuava Plateau/Palmas, in a low slope hillside of superficial covering from basaltic origins, on the right bank of the Rio das Pombas, Paraná state, processes of tunnel erosion (pipes) were identified. These are subsuperficial erosion processes with typical features, such as subsidence of the tunnel roof and rebate structures, which tend to evolve to superficial features. The emerging of this erosive process depends on a set of factors, being the main one, the properties of the superficial covering, such as: texture, macroporosity, granulometric composition (chemical matter make-up), density, porosity e chemical elements that make up the matter, those concerning the hydrological conditions and the topography of the hillside. In order to recognize and characterize the superficial covering in the sector of low hillside, sieve analysis was used, as well as real and apparent density, total porosity verified; toposequences were made and X-ray scattering techniques performed. The results showed that the matter which covers the low hillside sector, where the tunnels are, have a sandy texture due to the properties of microagregation generated by clay mineral, gibbsite; leaving the matter with a high porosity level, thus favoring the flowing of water through subsurfaces. The generated flows tend to be exfiltrated to a ditch wall-like surface, which causes the removal of small particles of matter (seepage). With the opening of small gullies through subsurface, the flow tend to become concentrated (tunnel scour) and consequently enlarge the subsuperficial channels by the mechanical action of the water. In a sequence of factors that can be used for the analysis of the process generation, which causes: alteration in basalt rocks, microaggregation of the matter, macroporosity and increase of water flow through subsurface. Therefore, the hydrology conditions in the hillside contributed for erosion mechanisms to emerge in subsurface, development of erosion process, formation of subsuperficial erosion and, ultimately, superficial erosion process development. These both chemical and physical features found in such field of study, show that the superficial covering is a determining factor for the subsuperficial tunnel erosion to originate in the hillside. / No Planalto de Guarapuava/Palmas, em encosta de baixa declividade e cobertura superficial de origem basáltica, à margem direita do Rio das Pombas em Guarapuava (Paraná), foram identificados processos de erosão em túneis (pipes). Trata-se de processos subsuperficiais de erosão que apresentam feições típicas, tais como, subsidência do teto do túnel e estruturas de abatimento, que tendem a evoluir para feições superficiais. A instalação desse processo erosivo depende de um conjunto de fatores, destacando-se como condicionantes, as propriedades da cobertura superficial como: textura, macroporosidade, composição granulométrica, densidade, porosidade e constituintes químicos dos materiais, e aqueles relativos às condições hidrológicas e à topografia da encosta. Buscando-se reconhecer e caracterizar a cobertura superficial do setor de baixa encosta, foram realizadas análises granulométricas, de densidade aparente, real e porosidade total, construção de topossequências e análises químicas de difração de raios-X. Os resultados indicaram que o material que recobre o setor de baixa encosta, onde aparecem os túneis, apresenta textura arenosa devido às propriedades de microagregação gerada pelo argilomineral gibbsita, deixando o material com porosidade alta, favorecendo assim a circulação de água em subsuperficie. Os fluxos gerados tendem a ser exfiltrados para uma superfície de exposição, o que provoca a remoção de pequenas partículas de material (seepage). Com a abertura de pequenos canais em subsuperfície, os fluxos tendem a se concentrar (tunnel scour) e consequentemente ampliar os canais subsuperficiais pela ação mecânica da água. Numa sequência de fatores que possam ser postos para análise da geração do processo, têm-se: alteração da rocha basáltica, microagregação do material, macroporosidade e aumento da circulação de água em subsuperfície. Assume-se que as condições hidrológicas da encosta propiciaram a instalação de mecanismos de erosão em subsuperfície, evolução do processo erosivo, formação de feições erosivas subsuperficiais e, por fim, instalação de feições erosivas superficiais. Essas características físicas e químicas encontradas na área de estudo, demonstram que a cobertura superficial é determinante para a instalação da erosão subsuperficial em túneis na encosta.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Wellington_Barbosa_da_Silva.pdf: 4552878 bytes, checksum: cced6a1f2d0a0c2426792ba3f3f8ce33 (MD5) Previous issue date: 2011-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / On the Guarapuava Plateau/Palmas, in a low slope hillside of superficial covering from basaltic origins, on the right bank of the Rio das Pombas, Paraná state, processes of tunnel erosion (pipes) were identified. These are subsuperficial erosion processes with typical features, such as subsidence of the tunnel roof and rebate structures, which tend to evolve to superficial features. The emerging of this erosive process depends on a set of factors, being the main one, the properties of the superficial covering, such as: texture, macroporosity, granulometric composition (chemical matter make-up), density, porosity e chemical elements that make up the matter, those concerning the hydrological conditions and the topography of the hillside. In order to recognize and characterize the superficial covering in the sector of low hillside, sieve analysis was used, as well as real and apparent density, total porosity verified; toposequences were made and X-ray scattering techniques performed. The results showed that the matter which covers the low hillside sector, where the tunnels are, have a sandy texture due to the properties of microagregation generated by clay mineral, gibbsite; leaving the matter with a high porosity level, thus favoring the flowing of water through subsurfaces. The generated flows tend to be exfiltrated to a ditch wall-like surface, which causes the removal of small particles of matter (seepage). With the opening of small gullies through subsurface, the flow tend to become concentrated (tunnel scour) and consequently enlarge the subsuperficial channels by the mechanical action of the water. In a sequence of factors that can be used for the analysis of the process generation, which causes: alteration in basalt rocks, microaggregation of the matter, macroporosity and increase of water flow through subsurface. Therefore, the hydrology conditions in the hillside contributed for erosion mechanisms to emerge in subsurface, development of erosion process, formation of subsuperficial erosion and, ultimately, superficial erosion process development. These both chemical and physical features found in such field of study, show that the superficial covering is a determining factor for the subsuperficial tunnel erosion to originate in the hillside. / No Planalto de Guarapuava/Palmas, em encosta de baixa declividade e cobertura superficial de origem basáltica, à margem direita do Rio das Pombas em Guarapuava (Paraná), foram identificados processos de erosão em túneis (pipes). Trata-se de processos subsuperficiais de erosão que apresentam feições típicas, tais como, subsidência do teto do túnel e estruturas de abatimento, que tendem a evoluir para feições superficiais. A instalação desse processo erosivo depende de um conjunto de fatores, destacando-se como condicionantes, as propriedades da cobertura superficial como: textura, macroporosidade, composição granulométrica, densidade, porosidade e constituintes químicos dos materiais, e aqueles relativos às condições hidrológicas e à topografia da encosta. Buscando-se reconhecer e caracterizar a cobertura superficial do setor de baixa encosta, foram realizadas análises granulométricas, de densidade aparente, real e porosidade total, construção de topossequências e análises químicas de difração de raios-X. Os resultados indicaram que o material que recobre o setor de baixa encosta, onde aparecem os túneis, apresenta textura arenosa devido às propriedades de microagregação gerada pelo argilomineral gibbsita, deixando o material com porosidade alta, favorecendo assim a circulação de água em subsuperficie. Os fluxos gerados tendem a ser exfiltrados para uma superfície de exposição, o que provoca a remoção de pequenas partículas de material (seepage). Com a abertura de pequenos canais em subsuperfície, os fluxos tendem a se concentrar (tunnel scour) e consequentemente ampliar os canais subsuperficiais pela ação mecânica da água. Numa sequência de fatores que possam ser postos para análise da geração do processo, têm-se: alteração da rocha basáltica, microagregação do material, macroporosidade e aumento da circulação de água em subsuperfície. Assume-se que as condições hidrológicas da encosta propiciaram a instalação de mecanismos de erosão em subsuperfície, evolução do processo erosivo, formação de feições erosivas subsuperficiais e, por fim, instalação de feições erosivas superficiais. Essas características físicas e químicas encontradas na área de estudo, demonstram que a cobertura superficial é determinante para a instalação da erosão subsuperficial em túneis na encosta.

Les verres bioactifs sont des matériaux particulièrement intéressants en régénération osseuse du fait de leur capacité à stimuler les cellules responsables de la croissance osseuse par les espèces qu’ils relarguent lors de leur dissolution et pour leur capacité à se lier à l’os. Au-delà de leur rôle comme matériau de comblement de défauts osseux, ils pourraient servir de support à la croissance en laboratoire de véritables greffons osseux cultivés à l’aide de seulement quelques cellules d’un patient. Afin d’être efficace, ce support doit posséder une architecture macroporeuse interconnectée pour permettre l’invasion cellulaire ainsi que la vascularisation, nécessaire à la survie des cellules. Ce travail de thèse a pour objectif la réalisation d’un tel support par l’ajout d’une étape de moussage au procédé sol-gel. Ce procédé a été utilisé pour la synthèse de matériaux aux porosités différentes permettant de déterminer une porosité plus prometteuse pour des essais in vivo qui ont montré l’invasion possible de cette mousse par des cellules osseuses. Ce procédé a de plus été rendu plus sûr par la mise au point d’une voie de synthèse alternative dans laquelle l’acide nécessaire au procédé de moussage, mais toxique, a été remplacé avec succès. Cette voie alternative a de plus permis l’organisation de la mésoporosité de la mousse. L’incorporation d’un élément d’intérêt biologique, le strontium, a été réalisé et son influence sur les propriétés et la réactivité du verre a été étudiée. Enfin, une voie de synthèse de nouveaux matériaux composites a été proposée : la grande bioactivité des verres bioactifs est conservée tout en ayant des propriétés mécaniques supérieures grâce à l’utilisation de la gélatine comme phase organique. / Bioactive glasses are very interesting materials for bone regeneration because of their ability to stimulate cells responsible for bone growth with ionic products released during dissolution and for their bone bonding ability. Beyond their role as bone filling materials, they can be used as support for growth of laboratory-made bone grafts cultivated from just a few cells of a patient. This support, named scaffold, has to be an interconnected macroporous architecture in order to allow cell invasion and vascularization which is essential to cell survival. The aim of this thesis work is the realization of such a scaffold using the sol-gel foaming process. This process has been used for the synthesis of materials with different properties that were compared for determination of the most promising for in vivo implantation and was indeed able to allow cell invasion. Moreover, this process was improved to be safer by replacement of hazardous catalyst. This new process also allowed the structuration of the mesoporosity inside the foams. Incorporation of a biologically active element (strontium) was realized and its influence on the glass properties and reactivity was evaluated. Finally, the synthesis of new composite materials has been proposed: the high bioactivity of bioactive glasses is preserved while better mechanical properties are obtained thank to the use of gelatin as organic phase.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaqueline Ap Borges.pdf: 4346896 bytes, checksum: 7cddb136f61196f7c1bd6d777eaee0bc (MD5) Previous issue date: 2015-09-11 / In this study, the Computed Tomography (CT) and gamma-ray attenuation (GRA) techniques were used in the investigation of representative sample sizes for attributes related to soil structure. First of all, the representative elementary length (REL) for experimental measurements of soil mass attenuation coefficient (μes), of samples from a sandy and a clayey soil, was analyzed. The study was conducted with two radioactive sources (241Am and 137Cs), three collimators (2–4 mm diameters), and 14 thickness (x) samples (2–15 cm). From these analyzes, it was possible to identify an ideal thickness range for each of the studied sources (2-4 cm and 12-15 cm for the sources of 241Am and 137Cs, respectively). The application of such results in representative elementary area evaluations, in clayey soil clods via CT, indicated that experimental soil mass attenuation coefficient average values obtained for x>4 cm and source 241Am might induce the use of samples which are not large enough for soil bulk density evaluations. Subsequently, μCT images with a total volume of 39×39×33 mm3 and spatial resolution of 60 μm were used for macroporous system morphological characterization of a Rhodic Ferralsol with clayey texture, under no-till (NT) and conventional till (CT) systems. Attributes as macroporosity (MAP), number of macropores (NMAP), tortuosity (τ) and connectivity (C) of the pores were assessed. The C degree was estimated based on the Euler-Poincaré characteristic (EPC). Once 3D images enable the study of these attributes in different sample volumes, the proposed study is ideal for the analysis of representative elementary volume (REV). Usually, the selection of subvolumes for REV analysis occurs concentrically to a small volume or in adjacent positions. Here, we introduced a new method for selecting the positions of subvolumes, which are randomly chosen within the total image volume (random selection). It was observed that higher fluctuations in amplitude of each analyzed property values occurred for smaller subvolumes and random selection. When these positions are randomly selected, all regions of the sample have the same probability of occurrence. Thus, the subvolumes can be selected from regions that exhibit similar characteristics, or which are quite different from each other. The results allowed the study of each of these attributes in function of the analyzed sample volume. Such analysis enabled the identification of a REV for MAP and τ measurements for both soils. However, NMAP and CEP showed no indication of stabilization within the total sample volume analyzed (39×39×33 mm3). From this study, it was possible to detect the influence of each management systems (NT and CT) on the macroporous system. In general, results obtained for soil under PC showed higher regularity, which is probably due to its homogenization induced by the plowing, conducted twice a year. / No presente estudo, as técnicas de tomografia computadorizada (TC) e atenuação de raios gama (AGR) foram utilizadas na investigação do tamanho representativo de amostras para atributos referentes à estrutura do solo. Primeiramente, foi analisado o comprimento elementar representativo (CER) de amostras de um solo de textura arenosa e outro de textura argilosa para medidas experimentais do coeficiente de atenuação de massa do solo (μes). O estudo foi realizado com duas fontes radioativas de raios gama (241Am e 137Cs), três aberturas de colimadores circulares (2-4 mm) e 14 espessuras (x) distintas de amostras deformadas de solo (2-15 cm). A partir destas análises foi possível identificar um intervalo de espessura ideal para cada uma das fontes estudadas (2–4 cm e 12–15 cm para as fontes de 241Am e 137Cs, respectivamente). A aplicação dos resultados obtidos para a fonte de 241Am, e solo argiloso, em avaliações de área elementar representativa (AER) para medidas de densidade do solo (ρs) via TC, indicaram que os valores médios de μes para x>4 cm podem induzir ao uso de amostras com tamanho não representativo. Na sequência, imagens de microtomografia de raios X (μTC), com volume total de 39×39×33 mm3 e resolução espacial de 60 μm, foram utilizadas para a caracterização micromorfológica do sistema macroporoso de um Latossolo vermelho de textura argilosa, submetido aos sistemas de manejo de plantio direto (PD) e plantio convencional (PC). Foram analisados atributos físicos como macroporosidade (MAP), número de macroporos (NMAP), tortuosidade (τ) e conectividade (C) dos poros. O grau de C dos poros foi estimado a partir da característica de Euler-Poincaré (CEP). Uma vez que imagens 3D possibilitam o estudo destes atributos em diferentes volumes de amostra, o estudo proposto é ideal para a análise de volumes elementares representativos (VERs). Geralmente, a seleção dos subvolumes para análises de VER se dá concentricamente a um volume de origem ou em posições adjacentes a este. Neste trabalho foi introduzida uma nova forma de seleção da posição dos subvolumes, os quais são selecionados randomicamente dentro do volume total da imagem (seleção aleatória). Observou-se que as maiores amplitudes de flutuações nos valores de cada atributo analisado ocorreram para os subvolumes menores quando selecionados de forma aleatória, em comparação à seleção centralizada. Quando estas posições são selecionadas aleatoriamente, todas as regiões da amostra têm a mesma probabilidade de ocorrência. Com isso, os subvolumes podem ser selecionados em regiões que apresentem características similares, ou então, que sejam muito diferentes umas das outras. Os resultados permitiram o estudo de cada um destes atributos em função do volume de amostra analisado. Tais análises possibilitaram a identificação de um VER para medidas de MAP e τ para os dois solos estudados. No entanto, a NMAP e a CEP não apresentaram indícios de estabilização até o volume total de amostra analisado (39×39×33 mm3). Quanto aos dois sistemas de manejo avaliados (PD e PC), foi possível detectar a influência de cada um deles na estrutura macroporosa do solo. De uma forma geral, o solo sob PC apresentou maior regularidade nos resultados obtidos, o que se deve à homogeneização do mesmo induzida pelo revolvimento do solo realizado duas vezes ao ano.