Understanding Micro- and Macro-Mechanics of Soil Liquefaction: A Necessary Step for Field-Scale Assessment

Liquefaction is a devastating instability associated with saturated, loose, and cohesionless soils. It poses a significant risk to distributed infrastructure systems that are vital for the security, economy, safety, health, and welfare of societies. In order to make our cities resilient to the effects of liquefaction, it is important to be able to identify areas that are most susceptible. Some of the prevalent methodologies employed to identify susceptible areas include conventional slope stability analysis and the use of so-called liquefaction charts. However, these methodologies have some limitations, which motivate our research objectives. In this dissertation, we investigate the mechanics of origin of liquefaction in a laboratory test using grain-scale simulations, which helps (i) understand why certain soils liquefy under certain conditions, and (ii) identify a necessary precursor for onset of flow liquefaction. Furthermore, we investigate the mechanics of liquefaction charts using a continuum plasticity model; this can help in modeling the surface hazards of liquefaction following an earthquake. Finally, we also investigate the microscopic definition of soil shear wave velocity, a soil property that is used as an index to quantify liquefaction resistance of soil. We show that anisotropy in fabric, or grain arrangement can be correlated with anisotropy in shear wave velocity. This has the potential to quantify the effects of sample disturbance when a soil specimen is extracted from the field. In conclusion, by developing a more fundamental understanding of soil liquefaction, this dissertation takes necessary steps for a more physical assessment of liquefaction susceptibility at the field-scale.

Lipídios como indicadores de processos biogeoquímicos em sedimentos da margem continental do Estado do Rio de Janeiro

Este estudo constitui parte do Projeto Habitats Heterogeneidade Ambiental da Bacia de Campos coordenado pelo CENPES/Petrobras, um projeto multidisciplinar de caracterização ambiental que considera as diferentes feições e habitats da margem continental do sudeste brasileiro. O objetivo desta tese foi investigar os processos relacionados com a origem, o transporte e o acúmulo de matéria orgânica (MO) em sedimentos da margem continental da Bacia de Campos (RJ). Para isso, foram determinados a composição elementar da matéria orgânica (carbono e nitrogênio) por combustão a seco e os lipídios (esteróis, álcoois e ácidos graxos) por CG-MS e CG-DIC. Foram analisadas 215 amostras de sedimento superficial (0-2 cm de profundidade), coletadas em duas amostragens (períodos seco e chuvoso de 2008/2009), distribuídas sobre 12 isóbatas (de 25 a 3000 m) ao longo de 9 transectos de norte a sul da bacia. Além disto, foram ainda consideradas as isóbatas de 400 a 1900 m em dois cânions submarinos no norte da bacia (Almirante Câmara e Grussaí). Com base nos resultados obtidos, a MO sedimentar na plataforma e talude da bacia revelou-se essencialmente autóctone, derivada de produtores primários e secundários. Com isto, a MO contém uma fração reativa significativa e, portanto, é potencialmente biodisponível para os organismos bentônicos. No entanto, foram observados gradientes espaciais significativos na qualidade e na quantidade da MO sedimentar. Na plataforma continental (25 m a 150 m de profundidade) as concentrações de lipídios foram intermediárias e houve predomínio de MO sedimentar lábil. Exceções foram as áreas influenciadas por ressurgência costeira e/ou intrusão sub-superficial (próximo à Cabo Frio, Cabo de São Tomé e no limite norte da bacia), onde as concentrações foram altas. No talude superior e médio (400 a 1300 m) as concentrações de MO foram notadamente mais elevadas, mas com maior influência de processos bacterianos de alteração de sua composição original. E no talude inferior (1900 a 3000 m) as concentrações de MO estiveram muito baixas e apenas os lipídios mais resistentes à degradação bacteriana foram encontrados em concentrações mensuráveis. Isto sugeriu a exportação de materiais da plataforma ao longo do gradiente batimétrico, possivelmente decorrente da ação de meandros e vórtices da Corrente do Brasil e das correntes de fundo atuantes na região. Além disto, por ser lábil e biodisponível, a MO no sedimento apresenta uma fração biodisponível que pode ter uma influência na ecologia das comunidades bentônicas, particularmente aquelas localizadas no talude superior. Os cânions Grussaí e Almirante Câmara se revelaram regiões de acúmulo de MO e importantes no transporte da MO com valor nutritivo para comunidades bentônicas do talude médio e inferior.

Ecologia térmica e comportamento de construção de abrigos de Liolaemus lutzae (Lacertilia, Liolaemidae) em três áreas de restinga no estado do Rio de Janeiro, sudeste do Brasil: os efeitos de fatores extrínsecos e intrínsecos

Fatores extrínsecos afetam a ecologia térmica e o comportamento de lagartos no habitat, com as características ambientais locais podendo ocasionar alterações na temperatura corpórea (Tc) e no comportamento destes animais. Entretanto, fatores intrínsecos também representam uma importante influência para sua biologia, assim como fatores filogenéticos (históricos). Liolaemus lutzae (Liolaemidae) é uma espécie de lagarto com ocorrência restrita a restingas do estado do Rio de Janeiro (entre a Restinga da Marambaia no município do Rio de Janeiro e a restinga da Praia do Peró no município de Cabo Frio), vivendo exclusivamente na zona de vegetação halófila-psamófila-reptante a chamada área-de-praia da restinga (sujeita a altas temperaturas ambientais e ventos intensos constantes). Nessa área, onde vivem restritos a uma faixa de poucos metros de restinga, os indivíduos se abrigam escavando abrigos no substrato arenoso. Avaliei a importância de fontes ambientais de calor, da intensidade dos ventos, do sexo, da ontogenia, do comprimento rostro-cloacal (CRC) e da massa corpórea para a Tc e a taxa de atividade de lagartos L. lutzae (observando a ocorrência de variações sazonais), em estudos conduzidos no município de Arraial do Cabo, estado do Rio de Janeiro, sudeste do Brasil. Além disso, eu analisei se o comportamento de L. lutzae, direcionando as aberturas de seus abrigos foi afetado por fatores ambientais nas restingas da Reserva Ecológica Estadual de Jacarepiá e do Parque Natural Municipal de Grumari, ambas no estado do Rio de Janeiro. A atividade dos lagartos se estendeu durante o dia (0600h às 1800h), com máximo entre 1100h e 1300h (com variações sazonais). A Tc dos indivíduos foi 31,7  3,4 C, e variou ao longo do dia e sazonalmente. Em ambas as estações a Tc dos lagartos relacionaram-se às temperaturas do microhabitat (substrato e ar). A intensidade do vento influenciou a Tc dos lagartos (causando seu decréscimo), e a intensidade média do vento afetou o número de lagartos ativos (causando redução da atividade). Houve diferenças intersexuais no CRC, com os machos maiores do que as fêmeas, embora as fêmeas tenham tido maior massa corpórea relativa ao CRC correspondente, comparado aos machos. A Tc também diferiu inter-sexualmente (com machos mais quentes do que fêmeas) e ontogeneticamente (com jovens mais quentes do que adultos depois de removido o efeito do tamanho corpóreo). Houve relações entre a Tc e o CRC e entre a Tc e a massa corpórea, com lagartos maiores tendo Tc mais elevada (causada pela inércia térmica dos corpos). A variabilidade na Tc dos lagartos parece refletir a interação entre características ambientais locais, fatores intrínsecos e a filogenia da espécie. As aberturas dos abrigos foram localizadas principalmente próximas à linha de praia (possivelmente devido ao substrato menos compacto), predominantemente em terrenos inclinados e tiveram uma tendência de orientação influenciada pela inclinação do terreno. O comportamento de L. lutzae de orientar a entrada de seus abrigos para a direção descendente das inclinações pode ser vantajoso para torná-los menos vulneráveis a potenciais ameaças e distúrbios vindos da superfície.

Acoplamento de técnicas espectrométricas com métodos quimiométricos de classificação e calibração multivariada em alimentos

Este trabalho de pesquisa descreve três estudos de utilização de métodos quimiométricos para a classificação e caracterização de óleos comestíveis vegetais e seus parâmetros de qualidade através das técnicas de espectrometria de absorção molecular no infravermelho médio com transformada de Fourier e de espectrometria no infravermelho próximo, e o monitoramento da qualidade e estabilidade oxidativa do iogurte usando espectrometria de fluorescência molecular. O primeiro e segundo estudos visam à classificação e caracterização de parâmetros de qualidade de óleos comestíveis vegetais utilizando espectrometria no infravermelho médio com transformada de Fourier (FT-MIR) e no infravermelho próximo (NIR). O algoritmo de Kennard-Stone foi usado para a seleção do conjunto de validação após análise de componentes principais (PCA). A discriminação entre os óleos de canola, girassol, milho e soja foi investigada usando SVM-DA, SIMCA e PLS-DA. A predição dos parâmetros de qualidade, índice de refração e densidade relativa dos óleos, foi investigada usando os métodos de calibração multivariada dos mínimos quadrados parciais (PLS), iPLS e SVM para os dados de FT-MIR e NIR. Vários tipos de pré-processamentos, primeira derivada, correção do sinal multiplicativo (MSC), dados centrados na média, correção do sinal ortogonal (OSC) e variação normal padrão (SNV) foram utilizados, usando a raiz quadrada do erro médio quadrático de validação cruzada (RMSECV) e de predição (RMSEP) como parâmetros de avaliação. A metodologia desenvolvida para determinação de índice de refração e densidade relativa e classificação dos óleos vegetais é rápida e direta. O terceiro estudo visa à avaliação da estabilidade oxidativa e qualidade do iogurte armazenado a 4C submetido à luz direta e mantido no escuro, usando a análise dos fatores paralelos (PARAFAC) na luminescência exibida por três fluoróforos presentes no iogurte, onde pelo menos um deles está fortemente relacionado com as condições de armazenamento. O sinal fluorescente foi identificado pelo espectro de emissão e excitação das substâncias fluorescentes puras, que foram sugeridas serem vitamina A, triptofano e riboflavina. Modelos de regressão baseados nos escores do PARAFAC para a riboflavina foram desenvolvidos usando os escores obtidos no primeiro dia como variável dependente e os escores obtidos durante o armazenamento como variável independente. Foi visível o decaimento da curva analítica com o decurso do tempo da experimentação. Portanto, o teor de riboflavina pode ser considerado um bom indicador para a estabilidade do iogurte. Assim, é possível concluir que a espectroscopia de fluorescência combinada com métodos quimiométricos é um método rápido para monitorar a estabilidade oxidativa e a qualidade do iogurte

Os mamíferos de médio porte e suas respostas à fatores ambientais, físicos e antrópicos, sobre diferentes perspectivas, no Parque Estadual da Ilha Grande RJ

A variação espacial das características bióticas e abióticas de um ambiente influencia na distribuição de médios mamíferos, sobre diferentes escalas. O Parque Estadual da Ilha Grande (PEIG) possui ambiente bastante heterogêneo e abriga uma mastofauna de médio porte ainda pouco estudada. O objetivo deste estudo é avaliar o efeito das variáveis físicas, do micro-habitat, da estrutura da vegetação e dos impactos antrópicos na comunidade e nas espécies de mamíferos de médio porte do PEIG. O registro das espécies foi por armadilhas fotográficas e as variáveis do ambiente mensuradas por diferentes métodos nas 49 estações de câmeras. Com os resultados desse estudo inferimos que a riqueza de nove espécies de mamíferos de médio porte nativos, corresponde a esperada para um ambiente insular. As espécies mais abundantes foram Dasyprocta leporina, Agouti paca, Dasypus novemcinctus e Didelphis aurita, a mais rara foi o Leopardus wiedii. A composição da mastofauna difere entre as vertentes norte e sul da Ilha Grande (ANOVA, p=0,01). O maior número de indivíduos foi registrado na vertente sul, onde há o efeito da variação da altitude, menor variação do micro-habitat e menor densidade da população humana. Contudo a estrutura da vegetação não difere entre as vertentes e não afeta as espécies mais abundantes. Essas espécies são sensíveis às variáveis físicas. Há impacto da densidade populacional nas vilas sobre a composição e abundância das espécies de médios mamíferos, apesar da caça não ter efeito nas áreas amostradas. Os mamíferos de médio porte são sensíveis às variáveis de maior escala e podem ter sua comunidade estruturada em função do impacto antrópico. A complexidade de habitat e o controle de habitantes no PEIG são importante para manter a comunidade de mamíferos de médio porte.

Estudo da Comunidade de anfíbios anuros ao longo de um gradiente altitudinal na Ilha Grande, Angra dos Reis, RJ. Rio de Janeiro 2010

Este estudo investigou a variação altitudinal da comunidade de anfíbios anuros em uma montanha de floresta Atlântica da Ilha Grande, avaliando a ocorrência, distribuição, organização e riqueza de anuros nas diferentes altitudes. Estabelecemos seis faixas de altitude para realização do estudo: 150, 300, 450, 600, 750 e 900 metros acima do nível do mar. Utilizamos duas metodologias de amostragem: o método de parcelas grandes (5 x 5 metros) e o método de transecção, entre janeiro de 2008 e março de 2009. Os dados indicaram que na região de Mata Atlântica do Pico do Papagaio ocorre uma considerável riqueza de espécies de anuros, a qual varia dependendo da faixa de altitude ao longo do gradiente altitudinal do morro. Houve em geral uma tendência a um decréscimo da riqueza com aumento da altitude, com exceção da altitude de 900 metros, onde a riqueza teve um aumento quando comparado à faixa altitudinal imediatamente abaixo. Nossos dados mostram ainda que ao longo de todo o gradiente altitudinal do morro, as maiores riquezas de anuros em geral ocorrem nas faixas de altitudes de 150 e 300 metros. Nossos dados indicaram para a região estudada uma considerável densidade de anuros, que além de variar significativamente entre as estações seca e chuvosa, foi influenciada negativamente pela altitude: na medida em que houve um aumento da altitude ocorreu uma correspondente diminuição na densidade geral de anuros da comunidade componente. A anurofauna da região do Pico do Papagaio apresentou uma queda abrupta na abundância a partir dos 450 metros de altitude, com grande dominância, em termos numéricos, de três espécies com desenvolvimento direto. Nossos dados mostraram haver uma variação sazonal na abundância e, nas densidades de anuros na região do Pico do Papagaio. Concluímos que a região de Mata Atlântica do Pico do Papagaio possui uma elevada riqueza de espécies de anuros, a qual varia ao longo do gradiente altitudinal com os maiores valores de riqueza e abundâncias encontradas entre as faixas de 150 e 300 metros, o que pode ser favorecido pela menor inclinação do terreno, pela maior ocorrência de cursos dágua e pela elevada pluviosidade que ocorre nestas faixas altitudinais na Ilha Grande. A considerável similaridade na comunidade componente de anuros entre as altitudes de 150 e 300 pode resultar da similaridade estrutural da vegetação entre estas faixas de altitudes. A região em geral teve uma alta densidade de anuros, que além de variar sazonalmente, foi negativamente influenciada pela altitude. A observada redução na abundância dos anuros a partir dos 450 metros de altitude pareceu favorecer espécies com desenvolvimento direto.

Alimentación de la merluza en la región del talud continental argentino, época invernal (Merlucciidae, Merluccius merluccius hubbsi)

In the present paper the first results on the food and feeding habityas of hake in the region of the Argentinean continental slope are given. The data were obtained from the hake sampling made on board of the German research ship "Walther Herwig" during his first fishing exploratory trip in the Southwest Atlantic and from the investigation on the collected hake's stomachs.

Distribuição espacial do pico e ultraplâncton na plataforma continental e talude entre Cabo Frio (RJ) e Ubatuba (SP) e sua relação com a hidrodinâmica local: inverno de 2010

O picoplâncton (0,2 - 2,0 m) e ultraplâncton (> 2,0 - 5,0 m) despertam interesse por utilizarem ativamente a matéria orgânica dissolvida, estabelecendo a alça microbiana. Responsáveis por 50-80% da produção primária em águas oligotróficas, essas frações apresentam elevadas eficiência luminosa e razão superfície/volume que as permitem alcançar alto desenvolvimento mesmo sob baixas luminosidade e disponibilidade de nutrientes. Buscando relacionar a distribuição espacial e composição da comunidade pico e ultraplanctônica aos controles bottom-up na plataforma continental e talude ao largo dos Estados do Rio de Janeiro e São Paulo (22S a 26S), foram coletadas amostras de água em 39 estações oceanográficas e utilizadas as imagens dos sensores MODIS Terra e Aqua, bem como dados de hidrografia, para a descrição dos fenômenos oceanográficos de mesoescala. A abundância total de ambas as frações de tamanho, assim como a dominância do picoplâncton, reduziu em função do distanciamento da costa. Os organismos autotróficos foram em média (102 cél.mL-1 a 104 cél.mL-1 ) majoritariamente uma ordem de grandeza inferiores aos heterotróficos (103 cél.mL-1 a 105 cél.mL-1). A Água Central do Atlântico Sul (ACAS) e as plumas das baías de Guanabara e Sepetiba (RJ) permaneceram na plataforma interna favorecendo o aumento na concentração dos macronutrientes e refletindo na mudança da estrutura da comunidade através do aumento da contribuição de autótrofos no centro da plataforma, principalmente do ultraplâncton à superfície (cerca de 21%) e na profundidade do máximo de clorofila (44%). O transporte de águas costeiras carreadas por uma corrente de origem sul gerou o vórtice de plataforma identificado nas imagens de satélite para a região da plataforma interna de Ubatuba (SP), onde concentrações mais elevadas de amônio (0,28 M) e fosfato (9,64 M) a partir dos 50 m sustentaram maior densidade do ultra autótrofo (2,89 x 103 cél.mL-1) que superou a densidade de heterótrofos (2,50 x 103 cél.mL-1) no máximo de clorofila. Os resultados destacaram um forte gradiente nerítico-oceânico na distribuição dos organismos. Sugerem ainda a predominância do metabolismo heterotrófico na maior parte das águas oligotróficas da plataforma e talude entre o Rio de Janeiro e São Paulo, bem como a presença de caráter autotrófico naquelas regiões influenciadas por feições de mesoescala, como plumas estuarinas e vórtices de plataforma.

Changes in social inequalities in disability-free life expectancy in Southern Europe: the case of the Basque Country

Background: Health expectancy is a useful tool to monitor health inequalities. The evidence about the recent changes in social inequalities in healthy expectancy is relatively scarce and inconclusive, and most studies have focused on Anglo-Saxon and central or northern European countries. The objective of this study was to analyse the changes in socioeconomic inequalities in disability-free life expectancy in a Southern European population, the Basque Country, during the first decade of the 21st century. Methods: This was an ecological cross-sectional study of temporal trends on the Basque population in 1999-2003 and 2004-2008. All-cause mortality rate, life expectancy, prevalence of disability and disability free-life expectancy were calculated for each period according to the deprivation level of the area of residence. The slope index of inequality and the relative index of inequality were calculated to summarize and compare the inequalities in the two periods. Results: Disability free-life expectancy decreased as area deprivation increased both in men and in women. The difference between the most extreme groups in 2004-2008 was 6.7 years in men and 3.7 in women. Between 1999-2003 and 2004-2008, socioeconomic inequalities in life expectancy decreased, and inequalities in disability-free expectancy increased in men and decreased in women. Conclusions: This study found important socioeconomic inequalities in health expectancy in the Basque Country. These inequalities increased in men and decreased in women in the first decade of the 21st century, during which the Basque Country saw considerable economic growth.

不同腔结构下的声光调Q双包层光纤激光器特性研究

报道了半导体激光器端面抽运不同结构的声光调Q的双包层光纤激光器的脉冲输出特性.对前向、后向不同抽运方式的掺镱调Q双包层光纤激光器在输出平均功率,调Q脉冲宽度及脉冲稳定性进行了对比及讨论;其中后向抽运的光纤激光器,在10kHz重复频率调制下,获得了斜效率为60%的平均功率输出,其脉冲宽度为52ns,单脉冲能量为0·3mJ.最后利用不同抽运方式下的速率方程,理论分析调Q脉冲的特性,分析结果与实验相符.

机载测深激光雷达千赫兹全固态激光器设计及特性研究

将千赫兹高功率全固态Nd：YAG激光器的增益介质当作厚透镜处理，使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。采用多条半导体激光列阵侧向紧凑抽运结构设计，提高了增益介质光抽运的均匀性。根据实际抽运功率，通过模拟计算，设计了平凸非稳腔。选择的凸面全反镜的最佳曲率半径有效地补偿了增益介质热透镜效应，激光器实现了动态稳腔运转，激光脉冲能量输出斜度效率大于13％，光束发散角优于1.3mrad。

LD 侧面抽运Nd :YAG陶瓷激光器运转条件下归一化热参数优化理论及实验研究

The suppressing effect of laser extraction on the non-radiation transition process is taken into account when the heat model of gain media is developed. Based on the developed heat model, the heat generation in the operating LD side-pumped Nd: YAG ceramic lasers is quantified through using the normalized heating parameter, which can be deduced from the experimental results of the slope efficiency and the absorbed pumping power of the gain media. The main factors which influence on the heat generation are investigated by studying the normalized heating parameter, and the results show that the changes of the laser extraction efficiency, the beam overlap efficiency and the Nd3+ concentration will result in obvious variations of the normalized heating parameter. In this work, the laser extraction efficiency increases to 0.905 by the optimization of the transmission of the output coupling, and the normalized heating parameter decrease to 0.474, correspondingly.

Yb：Y2O3透明陶瓷的光学性能研究

介绍了一种基于纳米粉末真空烧结技术的新型固体激光材料——Yb：Y2O3多晶陶瓷的制备工艺、物理化学特性、能级结构和光谱特性，并与Yb：YAG单晶进行了对比．采用紧凑型有源镜激光器（CAMIL）的抽运方式，验证了Yb：Y2O3透明陶瓷的激光输出性能．在35W的最大抽运功率下，得到波长1078nm，功率10．5w的连续激光输出，斜率效率达到37．5％．实验中还观察到激光输出波长随抽运功率增加而红移以及随输出耦合镜变化而漂移的现象．Yb：Y2O3多晶陶瓷是一种理想的激光材料，不仅具有与Yb：YAG单晶同样优秀的

Nd：Y3Sc（1．5）Al（3．5）O（12）透明陶瓷的光谱性能以及激光输出

采用燃烧法制备了Nd：YSAG粉体,经过成型、素烧,最终在氢气气氛中烧结制备了Nd：YSAG透明陶瓷.测试结果表明,Nd：YSAG透明陶瓷具有荧光谱线较宽,荧光寿命较长的特点.激光实验得到的激光输出,斜率效率为23.6%,输出功率为0.36W,输出激光的谱线分布较宽.

侧面抽运国产Nd∶YAG陶瓷棒的激光特性

实验研究了激光二极管阵列(LDA)侧向抽运国产Nd∶YAG陶瓷棒的准连续及被动调Q激光输出特性。该陶瓷激光器采用LDA侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构,陶瓷棒抽运区域长度为20 mm,其总尺寸为3 mm×35 mm,掺杂原子数分数为~1%。在千赫兹准连续运转条件下,当平-平谐振腔的输出耦合镜透过率为47.3%时,获得最大平均功率23 W的1064 nm激光输出,光束发散角为4.5 mrad,斜率效率达12%。在谐振腔内插入Cr4+∶YAG晶体作为被动调Q开关,成功地实现了陶瓷激光器千赫兹重复频率调Q激光脉冲输出,当Cr4+∶YAG晶体初始透过率为60%时,输出激光脉冲宽度(半峰全宽)可窄至14.5 ns,调Q动静比约为40%。