Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

Caracterização físico-mecânica dos solos da bacia hidrográfica de Santa Luzia no âmbito do projeto "MonitorizaRibeiras" do LREC

O conteúdo da presente dissertação aborda a importância da caracterização dos solos, na medida em que estabilidade dos taludes é um fator que depende fortemente da constituição e do tipo de solo presente nos maciços. A realização deste estudo incide sobre os solos da bacia hidrográfica da ribeira de Santa Luzia. O motivo da escolha da bacia em causa prende-se com o facto de a mesma ser uma das ribeiras que, atualmente se encontra sob observação através do projeto “MonitorizaRibeiras” do LREC. Os ensaios laboratoriais de caracterização físico-mecânica dos solos constituem uma das componentes de maior relevância na engenharia geotécnica. Neste trabalho a caracterização mecânica é feita através de ensaios de corte direto (em caixa de corte), que permitem obter os parâmetros de resistência do solo (ângulo de atrito e coesão). A caraterização física foi efetuada recorrendo a ensaios simples que permitem determinar os índices físicos do solo, mais particularmente: determinação da baridade seca in situ, análises granulométricas, determinação de limites de consistência de Atterberg e do teor em água natural, densidade de partículas sólidas e determinação da quantidade de matéria orgânica. Os parâmetros obtidos permitem depois a realização de uma análise a vários taludes com diferentes inclinações, de modo a verificar que influências tais parâmetros geram na obtenção do Fator de Segurança. Verifica-se que à medida que o teor em água aumenta, essa influência traduz-se na perda de resistência de um solo. Tal análise permitiu determinar quais as zonas da bacia de Santa Luzia que com as características obtidas e nas condições estudadas se encontram em maior perigo de escorregamento. Os sensores de saturação do solo, sendo uma útil ferramenta de monitorização remota foram alvo de pesquisa nesta dissertação. Esta pesquisa foi realizada com propósito de contribuir com informação, que posteriormente auxilie, na implementação destes equipamentos no sistema do projeto “MonitorizaRibeiras”.

Atributos de qualidade de solos sob dois diferentes tipos de manejo no município de Ibiúna/SP, Brazil

Agricultural activity has direct consequences on the soil and water quality. Thus, assessing environmental impacts of this vital economic activity, through soil attribute analysis, is essential to the proposal of alternatives. The aim of this study was to analyze soil quality under different land management practices, conventional and organic. The study was carried out in a watershed of the Ibiuna municipality, SP, Brazil, an important supplier of agricultural products for the São Paulo metropolitan area. A hundred samples were collected, 20 in each type of land use: reforested areas, native vegetation, pasture, conventional cultivation and organic cultivation. The soil resistance to penetration, its pH (in water and KO), electrical conductivity, bulk density, particle density, porosity, soil color, soil texture and the percentages of carbon and nitrogen were analyzed. The data were statistically analyzed, searching for significant differences. The results of soil analysis showed great similarity between the organic and conventional culture, with no statistical differences. However, organic cultivation showed greater similarity to the soil of native vegetation in the percentage of carbon and nitrogen in soils compared to conventional culture. Thus, the discussion begins on a topic very little explored so far, and the results obtained should be further studied.

Efeito da associação do herbicida clomazone a nanoesferas de alginato/quitosana na sorção em solos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Sensibilidade de Metarhizium anisopliae à temperatura e umidade em três tipos de solos

Este trabalho teve como objetivo investigar o efeito da temperatura e do teor de umidade do solo na sobrevivência de Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sorok. em três tipos de solos. Foram utilizados o Latossolo Vermelho textura argilosa, Latossolo Vermelho textura média e Argissolo Vermelho Amarelo textura arenosa média. As temperaturas empregadas foram 21,5; 26,8 e 31,5°C, e os teores de umidade foram 35, 65 e 100% de saturação. A sobrevivência do fungo foi avaliada após zero, 20, 40, 60, 80, 100 e 120 dias de incubação em cada temperatura estudada. Na análise do efeito do teor de umidade, a sobrevivência foi avaliada após zero, 14, 28, 42, 56, 70, 84, 98 e 112 dias de incubação à temperatura de 27,0±1,0°C. em ambos os ensaios, foi determinado o número de unidades formadores de colônias (UFC) em placa de Petri. Houve influência significativa da temperatura e do teor de umidade na sobrevivência do fungo. O maior crescimento e a maior sobrevivência ocorreram nas temperaturas de 21,5 e 26,8°C, enquanto que, no solo incubado a 31,5°C, o fungo cresceu pouco, e a população declinou rapidamente. No teor de 65% de umidade, houve rápido crescimento do fungo, mas no 112° dia foi observado um declínio da população nos três tipos de solos. Nos teores de 35 e 100% de umidade, o crescimento foi menor, mas obteve-se maior sobrevivência do fungo no solo.

Mineralização potencial e líquida de nitrogênio em solos

Os métodos de incubação de solo fornecem subsídios técnicos para a avaliação da mineralização e disponibilidade de N. Nesse sentido, os objetivos deste trabalho foram avaliar a mineralização potencial e líquida do N orgânico em solos e relacioná-la à disponibilidade de N para plantas. Amostras de 22 solos coletadas na camada arável (0 a 20 cm) foram submetidas à incubação em condições aeróbias a 35 °C, por 30 semanas, e anaeróbias a 40 °C, por sete dias, e utilizadas em experimento, em casa de vegetação, em que o milho foi a planta-teste. Durante a incubação por 30 semanas, houve aumento do N mineralizado na segunda semana, seguido de diminuição e estabilização a partir da quarta semana. Este comportamento resultou em ajuste do N mineralizado (Nm) ao modelo exponencial de decrescimento e do N mineralizado acumulado (Nmac) ao modelo exponencial de crescimento, a partir do qual foi possível calcular o N potencialmente mineralizável (N0). As quantidades de N0 refletiram a mineralização e a disponibilidade de N em longo prazo. Contudo, o Nmac apresentou maior grau de correlação com o N disponível medido pelas plantas (concentração de N e N acumulado na parte aérea) do que o N0, e valores altos de correlação foram obtidos já após duas semanas de incubação, o que indica que a modelagem matemática pode ser dispensada e o período de incubação pode ser encurtado. O N total do solo foi melhor índice da mineralização potencial e líquida de N orgânico do que a matéria orgânica do solo, principalmente em longo prazo. O método de incubação anaeróbia de curta duração pode ser utilizado para cálculo da estimativa do N0, e a subtração do N-NH4+ inicial não contribuiu para melhorar a estimativa da mineralização e da disponibilidade de N por meio deste método, o que o torna ainda mais simples e viável.

Atividade e população microbiana envolvida nas transformações do enxofre em solos com diferentes vegetações

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Adição de areia para dispersão de solos na análise granulométrica

A acurácia da análise granulométrica depende da obtenção de suspensões de solo completamente dispersas e estáveis para possibilitar a separação das suas frações granulométricas. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a eficácia da adição de quantidades e tamanhos de grãos de areia na fase de dispersão da análise granulométrica de solos, visando à maior acurácia na obtenção dos resultados da análise granulométrica. Os solos utilizados foram: Latossolo Vermelho eutroférrico (LVef), LatossoloVermelho acriférrico (LVwf), Latossolo Vermelho eutrófico (LVe), Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico (PVAe) e Nitossolo Vermelho eutroférrico (NVef). A dispersão das amostras dos solos foi realizada por meio da adição de hidróxido de sódio e agitação rotativa (60 rpm) por 16 h. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado, com esquema fatorial 6 x 2, com três repetições. Os tratamentos foram constituídos por seis quantidades (0, 5, 10, 15, 20 e 25 g) e dois diâmetros (2,0-1,0 e 1,0-0,5 mm) de areia, adicionados na fase de dispersão da análise granulométrica dos solos. de acordo com as equações ajustadas, a adição de areia com diâmetro entre 1,0 e 0,5 mm nas quantidades de 21,4 g para LVef, 19,6 g para LVwf e 25,8 g para NVef proporciona, respectivamente para esses solos, aumentos de 50, 38 e 14,5 % nos teores de argila. No LVe e no PVAe não se justifica a adição de areia na análise granulométrica, pois esses solos não apresentaram problemas de dispersão. Os resultados demonstram que a adição de 25 g de areia, com diâmetro entre 1,0 e 0,5 mm, na fase de dispersão da análise granulométrica de solos argilosos com altos teores de óxidos de Fe e com dificuldades de dispersão, é eficiente para promover efetiva dispersão das partículas primárias do solo.

Eficiência relativa de diferentes frações granulometricas de calcários na neutralização da acidez dos solos, avaliada em laboratório

As frações granulométricas retidas nas peneiras n°s (ABNT) 5-10, 10-30, 30-50, e 50-60 de quatro calcários, sendo dois sedimentares e dois metamórficos, foram incubadas durante 160 dias com três tipos de solos, em condições de laboratório. A eficiência das frações na neutralização da acidez dos solos foi avaliada pela variação do pH. Os resultados permitiram concluir que a referida eficiência independe da natureza geológica do calcário mas depende do tipo de solo, sendo decrescente na seguinte ordem: LVd, LEd e LEm. Apesar da legislação atual normatizar as características físicas dos calcários, bem como os seus graus de eficiência, a presente pesquisa sugere novos valores para a eficiência relativa das diferentes frações granulometricas de calcários: fração maior do que 10:0%, de 30:35%; de 30-50:75% e menor que 50:100%.

Classificação numérica e modelo digital de elevação na caracterização espacial de atributos dos solos

One of needs of modern agriculture is the prediction of spatial variability of soil properties at more detailed scales for sustainable management and optimization of management practices. The mathematical model associated with knowledge of variability of soil attributes and mapping of relief forms has helped in agricultural planning. In this regard the aim of this study was to characterize the spatial variability of physical and chemical properties of Oxisols and Ultisols using numerical classification and the digital elevation model. Two distinct landforms: convex for the Oxisol (158 ha) and linear for the Ultisol (172 ha). 53 samples from the Oxisol and 57 samples from the Ultisol were taken. Multivariate analysis of clusters of attributes studied from their euclidean distances was performed. This analysis by dendograms along with digital elevation models for different soils characterized was more homogeneous in Ultisol groups, and less homogeneous for the Oxisol in convex landform. These quantitative methods showed that the landforms conditioned the spatial pattern of soil attributes.

Extratores para avaliação da disponibilidade de metais pesados em solos adubados com vermicomposto de lixo urbano

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Acúmulo e disponibilidade de cromo, cádmio e chumbo em solos tratados com lodo de esgoto por onze anos consecutivos

The sewage sludge used for agricultural purposes provides many benefits to soil, but it contain harmful elements to environment, that infers in a great attention on its use. The aim of this work was to evaluate the effects of successive applications of sewage sludge on heavy metals accumulation (cadmium, chromium and lead) in samples of soils and corn plants, as well as evaluate the chemicals extractants efficiency in estimate the phyto disponibility of those elements. The experiment was conducted in randomized blocks design in the 2007/08 season, with 4 treatments (0, 5, 10 and 20 Mg ha-1 of sewage sludge) and 5 replicates. It was evaluated: the quantities available of Cd, Cr and Pb in soil by Melich-1, Melich-3 and DTPA extractants; the quantities extracted by corn plants; and the correlation between the disposition and quantities of those metals on whole plants, diagnosis leaves and corn grains. The application of sewage sludge for eleven consecutive years has not showed increase in total quantity nor availability of Cr, Cd and Pb in the evaluated soils. The extractor Melich-1 was the only one that showed significant correlation for availability of Cd, Cr and Pb in soil and corn plants. The correlation of metal availability in soil x leaf diagnosis was significant only for Pb with the Melich-3 and DTPA extractants

Manejo hídrico em viveiro e uso de hidrogel na sobrevivência pós-plantio de Eucalyptus urograndis em dois solos diferentes

O trabalho teve como objetivo avaliar a sobrevivência do clone H13 de Eucalyptus urograndis sob dois manejos hídricos de viveiro, plantados em dois solos, com e sem a adição de polímero hidroabsorvente (hidrogel). O plantio foi realizado em vasos mantidos em estufa, com dois tipos de solo: um arenoso e outro argiloso. Cada vaso recebeu 2,5 L de solo, um litro de água e o hidrogel na proporção de 0,4 g vaso-1 (120 mL de gel). O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado, com três repetições. Os sintomas de estresse, nos vários níveis avaliados, sempre se manifestaram primeiro nas plantas no solo argiloso, de modo mais acentuado naquelas que foram mantidas sem estresse de água na fase de viveiro. Isso garantiu que as plantas sobrevivessem por um período menor sem água, variando de 14 a 20 dias (com e sem hidrogel, respectivamente), enquanto, no solo arenoso, a sobrevivência foi maior, de 29 a 34 dias (com e sem hidrogel, respectivamente). Apesar da não significância estatística, os resultados com o hidrogel possibilitam, em ambos os solos, maior flexibilidade operacional na intervenção com novas irrigações.

Tratamento de materiais contaminados com bifenilas policloradas (PCBS) via extração convencional e fluído supercrítico

The decontamination of the materials has been subject of some studies. One of the factors that it increases the pollution is the lack of responsibility in the discarding of toxic trash, as for example the presence of PCB (Polychlorinated Biphenyls) in the environment. In the Brazilian regulations, the material contaminated with PCB in concentrations higher than 50 ppm must be stored in special places or destroyed, usually by incineration in plasma furnace with dual steps. Due to high cost of the procedure, new methodologies of PCBs removal has been studied. The objective of this study was to develop an experimental methodology and analytical methodology for quantification of removal of PCBs through out the processes of extractions using supercritical fluid and Soxhlet method, also technical efficiency of the two processes of extraction, in the treatment of contaminated materials with PCBs. The materials studied were soils and wood, both were simulated contamination with concentration of 6.000, 33.000 and 60.000 mg of PCB/ kg of materials. Soxhlet extractions were performed using 100 ml of hexane, and temperature of 180 ºC. Extractions by fluid supercritical were performed at conditions of 200 bar, 70°C, and supercritical CO2 flow-rate of 3 g/min for 1-3 hours. The extracts obtained were quantified using Gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS). The conventional extractions were made according to factorial experimental planning technique 22, with aim of study the influence of two variables of process extraction for the Soxhlet method: contaminant concentration and extraction time for obtain a maximum removal of PCB in the materials. The extractions for Soxhlet method were efficient for extraction of PCBs in soil and wood in both solvent studied (hexane and ethanol). In the experimental extraction in soils, the better efficient of removal of PCBs using ethanol as solvent was 81.3% than 95% for the extraction using hexane as solvent, for equal time of extraction. The results of the extraction with wood showed statistically it that there is not difference between the extractions in both solvent studied. The supercritical fluid extraction in the conditions studied showed better efficiency in the extraction of PCBs in the wood matrix than in soil, for two hours extractions the obtain percentual of 43.9 ± 0.5 % for the total of PCBs extracted in the soils against 95.1 ± 0,5% for the total of PCBs extracted in the wood. The results demonstrated that the extractions were satisfactory for both technical studied

Avaliação do processo oxidativo avançado por permanganato de potássio no tratamento de solos contaminados com idrocarbonetos poliaromáticos

The soil contamination with petroleum is one of the major concern of industries operating in the field and also of environmental agencies. The petroleum consists mainly of alkanes and aromatic hydrocarbons. The most common examples of hydrocarbons polyaromatic are: naphthalene, anthracene, phenanthrene, benzopyrene and their various isomers. These substances cause adverse effects on human and the environment. Thus, the main objective of this work is to study the advanced oxidation process using the oxidant potassium permanganate (KMnO4) for remediation of soils contaminated with two polyaromatic hydrocarbons (PAHs): anthracene and phenanthrene. This study was conducted at bench scale, where the first stage was at batch experiment, using the variables: the time and oxidant dosage in the soil. The second stage was the remediation conducted in continous by a fix column, to this stage, the only variable was remediation time. The concentration of oxidant in this stage was based on the best result obtained in the tests at batch, 2,464 mg / L. The results of degradation these contaminants were satisfactory, at the following dosages and time: (a) 5g of oxidant per kg soil for 48 hours, it was obtained residual contaminants 28 mg phenanthrene and 1.25 mg anthracene per kg of soil and (b) for 7g of oxidant per kg soil in 48 hours remaining 24 mg phenanthrene and anthracene 0.77 mg per kg soil, and therefore below the intervention limit residential and industrial proposed by the State Company of Environmental Sao Paulo (CETESB)