Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaqueline Borges.pdf: 2739563 bytes, checksum: d03b8e7308ae59a90b2d872a90cad206 (MD5) Previous issue date: 2011-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Computed tomography (CT) is a technique that provides images of sample cross sections of porous media. The technique has shown efficient to investigate different soil physical phenomena since its first use in soil science in 1982. One of the most widely investigated issues in physics applied to porous media regards the definition of representative elementary areas (REA) to measure the soil physical properties. REA is related to the minimum area of a sample needed to represent its characteristics of interest. The objective of this work was to define REAs to be adopted for density and porosity measurements in clod samples of a clay soil. The equipment used was a first generation tomograph with 241Am source, with millimetric resolution (1.1 x 1.1 mm2). The photon detection was made with a plane NaI(Tl) solid crystal scintillator. Clods (18 samples) were also submitted to the clod method (standard method) in order to determine its. In order to reconstruct tomographic images, the program Microvis developed by Embrapa/CNPDIA was used. Concentric square areas with sizes ranging from 1.2 to 1162.8 mm2 were selected. To define REA for the following criteria were adopted: average value relative deviation between the last and each of the remaining areas not superior to 5%, 4%, 3%, 2% and 1%; and 2) that at least three consecutive areas cannot differ among themselves, using the variation criterion in item 1. The measurements through the clod method presented variation coefficient of 3.8%. Thus, it was considered that the REA was reached at the 4% variation criterion. For the criterion is similar, but the relative deviation considered cannot be superior to 10%. The REA defined for measurements corresponds to 640.1 mm2. On the other hand, for the REA found was 882.1 mm2. So, in order to carry out representative measurements of these two physical properties the REA must be at least 882.1 mm2. Key-words: Representative Measurements. Tomographic Images. Porous Media. / A Tomografia Computadorizada (TC) trata-se de uma técnica que fornece imagens de seções transversais de amostras de meios porosos. A técnica tem se mostrado eficaz na investigação de diversos fenômenos físicos do solo desde sua primeira aplicação nessa área em 1982. Uma questão amplamente investigada em física aplicada a meios porosos diz respeito à definição de áreas elementares representativas (AER) para medidas de propriedades físicas do solo. A AER está relacionada com a área mínima de uma amostra, necessária para representar suas características de interesse. O objetivo deste trabalho foi definir AERs a serem adotadas para medidas da densidade e porosidade de amostras de torrão de um solo de textura argilosa. Para isso, utilizou-se um tomógrafo de primeira geração, equipado com fonte de 241Am com resolução da ordem de milímetros (1,1 x 1,1 mm2). A detecção dos fótons foi feita com um detector de cintilação sólida de NaI(Tl) do tipo plano. Os torrões (18 amostras) também foram submetidos ao método do torrão parafinado (TP, método padrão) para determinação da sua Para reconstrução das imagens tomográficas utilizou-se o programa Microvis desenvolvido pela Embrapa/CNPDIA. Nestas imagens foram selecionadas áreas quadrangulares concêntricas com dimensões variando de 1,2 até 1162,8 mm2. Para definição da AER para foram utilizados os seguintes critérios: 1) desvio relativo do valor médio entre a última e cada uma das demais áreas não superior a 5%, 4%, 3%, 2% e 1% e 2) que pelo menos três áreas consecutivas não devem diferir entre si, utilizando o critério de variação do item 1. As medidas de pelo método do TP apresentaram coeficiente de variação da ordem de 3,8%. Assim, considerou-se que a AER foi atingida no critério de 4% de variação. Para o critério é semelhante, mas o desvio relativo considerado não deve ser superior a 10%. A AER definida para medidas de corresponde a 640,1 mm2. Para a AER encontrada é de 882,1 mm2. Portanto, para a realização de medidas representativas destas duas propriedades físicas, a AER deve ser de pelo menos 882,1 mm2. Palavras-chave: Medidas Representativas. Imagens Tomográficas. Meios Porosos.

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.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jonathan Costa.pdf: 3369485 bytes, checksum: 2b63c545ac05b578cd30088e73371def (MD5) Previous issue date: 2011-04-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The gamma-ray attenuation technique is based on the interaction of radiation with matter. In soil physics the technique is mainly used to determine the soil bulk density, porosity, and soil moisture. The mass attenuation coefficient ) is defined as the probability of interaction per unit of volume of a photon with a given energy with the matter. An accurate measurement of is important for evaluation of representative soil physical parameters. Usually,is considered constant during evaluations of soil physical properties, even for different sample sizes or nuclear system geometry. The main objective of this study was to analyze the effect of sample size and collimator diameter in evaluations of for a heterogeneous porous medium (soil). The radioactive sources of 241Am (59,4keV) and 137Cs (661,6 keV) were used. These sources are chosen because they are the most commonly used for soil physical properties measurements. Sample thickness and solid angle variations were obtained using acrylic boxes with sizes from 2 to 15 cm and four circular collimators (1-4 mm). Two different soil textures (sandy-loam and silty-clay) were also used, besides the different sample sizes and collimator diameters. The results obtained show that the influence of collimator size and sample thickness in the variations of is less than 5% (relative deviation considering each value for each thickness and the average value calculated for all thicknesses) for both soils and radioactive sources. However, for the 241Am only specific sample thicknesses (2-12 cm) can be used when collimators with small diameters (1 and 2 mm) are used. This occurs due to problems in the photopeak evaluation after determined soil thickness. In order to compare the obtained experimental results of with theoretical ones, theoretical values were generated via XCOM for water and soils. A good agreement was found for water (3,8% - 241Am and 6,3% - 137Cs, relative deviation considering the theoretical value as reference), which represents a good gamma-ray system operation. However, for the soil samples the same was not observed. A possible explanation for this result is the qualitative soil chemical composition evaluation used to generate the via XCOM. To conclude, the results of this work show that even small changes in the value with the collimator size and sample thickness can cause important changes in measurements of soil physical properties such its bulk density. / A técnica de atenuação de raios gama se baseia na interação da radiação com a matéria, abrangendo diversos objetivos, dentre eles, a determinação de parâmetros físicos do solo, tais como sua densidade, umidade e porosidade. O coeficiente de atenuação de massa pode ser definido como a probabilidade de interação por unidade de volume entre um meio material (absorvedor) e o fóton a uma dada energia. Uma medida precisa desse coeficiente é importante para determinações representativas de parâmetros físicos do solo. Normalmente, em determinações destes parâmetros, mede-se o coeficiente de atenuação do meio que fica considerado como constante, mesmo para diferentes tamanhos de amostras ou geometria do sistema nuclear. No presente trabalho, procurou-se analisar a variação do com o aumento da espessura da amostra e também com o tamanho do colimador para um meio poroso heterogêneo como é o caso do solo. Foram usadas duas fontes de radiação gama emitindo fótons de diferentes energias, sendo elas 241Am (59,4 keV) e 137Cs (661,6 keV). Essas duas fontes são as mais comuns usadas para medidas de propriedades físicas do solo. As variações nas espessuras das amostras foram obtidas utilizando-se caixas de acrílico com tamanhos de 2 a 15 cm. Para a variação na espessura do feixe foram usados quatro colimadores circulares com diâmetros de 1 a 4 mm. Foram utilizados nesse estudo dois solos de diferentes texturas, sendo elas, franco-arenosa e argilo-siltosa. Os resultados obtidos mostram que, embora exista influência do tamanho do colimador e espessura da amostra nas medidas de essas são menores do que 5% (desvio relativo considerando cada valor de para cada espessura e o valor médio para todas as espessuras) para ambos os solos e fontes radioativas. Para a fonte de 241Am somente espessuras definidas de amostra (2-12 cm) podem ser usadas na medida do para o solo quando os colimadores menores (1 e 2 mm) estão sendo usados. Isso ocorre devido a problemas no levantamento do fotopico após determinada espessura de amostra para essa fonte radioativa. Na comparação dos valores experimentais de obtidos e valores teóricos gerados via XCOM foi observada uma boa concordância entre os dados experimentais e teóricos para a água (3,8% - 241Am e 6,3% - 137Cs de desvio relativo considerando o valor teórico como referência) o que representa um bom funcionamento do sistema nuclear. No entanto, o mesmo não foi observado para o solo devido ao levantamento da composição química desse meio poroso ter sido somente qualitativo. Porém, nesse trabalho foi verificado que, mesmo pequenas modificações no valor de com o tamanho do colimador e espessura da amostra, podem influenciar de maneira significativa medidas de propriedades físicas do solo como a sua densidade.